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畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 論 文 機(jī)器人點(diǎn)焊電極修磨器設(shè)計(jì) 所 在 學(xué) 院 專 業(yè) 班 級(jí) 姓 名 學(xué) 號(hào) 指 導(dǎo) 老 師 年 月 日 II 摘 要 點(diǎn)焊機(jī)器人 spot welding robot 用于點(diǎn)焊自動(dòng)作業(yè)的工業(yè)機(jī)器人 世界上第 一臺(tái)點(diǎn)焊機(jī)于 1965 年開始使用 是美國(guó) Unimation 公司推出的 Unimate 機(jī)器人 中國(guó) 在 1987 年自行研制成第一臺(tái)點(diǎn)焊機(jī)器人 華宇 型點(diǎn)焊機(jī)器人 點(diǎn)焊機(jī)器人由機(jī) 器人本體 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) 示教盒和點(diǎn)焊焊接系統(tǒng)幾部分組成 由于為了適應(yīng)靈活 動(dòng)作的工作要求 通常電焊機(jī)器人選用關(guān)節(jié)式工業(yè)機(jī)器人的基本設(shè)計(jì) 一般具有六個(gè) 自由度 腰轉(zhuǎn) 大臂轉(zhuǎn) 小臂轉(zhuǎn) 腕轉(zhuǎn) 腕擺及腕捻 其驅(qū)動(dòng)方式有液壓驅(qū)動(dòng)和電氣 驅(qū)動(dòng)兩種 其中電氣驅(qū)動(dòng)具有保養(yǎng)維修簡(jiǎn)便 能耗低 速度高 精度高 安全性好等 優(yōu)點(diǎn) 因此應(yīng)用較為廣泛 點(diǎn)焊機(jī)器人按照示教程序規(guī)定的動(dòng)作 順序和參數(shù)進(jìn)行點(diǎn) 焊作業(yè) 其過程是完全自動(dòng)化的 并且具有與外部設(shè)備通信的接口 可以通過這一接 口接受上一級(jí)主控與管理計(jì)算機(jī)的控制命令進(jìn)行工作 機(jī)器人點(diǎn)焊電極修磨器整個(gè)裝置由電機(jī)通過二級(jí)減速裝置帶動(dòng)錐齒輪運(yùn)動(dòng) 從而實(shí)現(xiàn) 刀具的旋轉(zhuǎn)和切削 同時(shí)利用 行星齒輪可以實(shí)現(xiàn)變速 的原理實(shí)現(xiàn)電極的粗削和精 削 另外 可調(diào)式支架能夠輕松的控制裝置的高度 從而保證裝置的高效性和實(shí)用性 NGW 型行星齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)原理 當(dāng)高速軸由電機(jī)驅(qū)動(dòng) 帶動(dòng)太陽輪 然后帶 動(dòng)行星輪轉(zhuǎn)動(dòng) 內(nèi)齒圈固定 然后帶動(dòng)行星架輸出運(yùn)動(dòng)的 在行星架上的行星輪既自 轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn) 具有相同的結(jié)構(gòu) 二級(jí) 三級(jí)或多級(jí)傳輸 NGW 型行星齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)主要由 太陽齒輪 行星齒輪 內(nèi)齒圈 行星架 命名為基本成分后 也被稱為 zk h 型行星齒 輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 關(guān)鍵詞 行星齒輪減速器 運(yùn)動(dòng)仿真 裝配 三維建模 III Abstract Spot welding robot spot welding robot automatic spot welding robots for industrial jobs The world s first welder in 1965 started the United States launched the Unimate Unimation robot China in 1987 developed into the first spot welding robot Arima type spot welding robots Spot welding robots robot consists of several parts of the body computer control system teach pendant and spot welding system because in order to meet work requirements and flexible action usually welding robot use of basic design articulated industrial robots typically with six degrees of freedom turn back the arm turn turn arm wrist rotation and wrist twisting the wrist swing Which drive a hydraulic drive and electric drive in two Wherein the electric drive with a simple maintenance low energy consumption high speed high precision security and good benefits and therefore is widely used Spot welding robot teaching program in accordance with the provisions of the action sequence and parameters of spot welding the process is fully automated and has an interface to communicate with an external device you can accept the level of the interface on the host computer and management control command to work Robot spot welding electrode grinding is the entire device by a motor driven by a secondary bevel gear reduction device so as to perform rotation and cutting tools while using the principle of planet gear shift can be achieved the realization of roughing and finishing cutting electrode and the other Adjustable brackets can easily control the height of the apparatus In order to ensure efficient and practical means NGW planetary gear transmission principle transmission mechanism When the high speed shaft driven by a motor to drive the sun gear and then drive the planetary gear rotates the ring gear fixed then the carrier output drive movement both in the rotation and the planet carrier of the planetary gear revolution has the same structure Two three or more stages of transmission After NGW planetary gear mechanism consists of a sun gear a planetary gear ring gear planet carrier named as the basic component also called zk h type planetary gear mechanism Keywords planetary gear reducer assembly motion simulation 3D modeling IV 目 錄 摘 要 II Abstract III 第 1 章 緒論 1 1 1 點(diǎn)焊機(jī)器人介紹及其研究意義 1 1 2 工業(yè)機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì) 1 1 2 1 工業(yè)機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀 1 1 2 2 工業(yè)機(jī)器人發(fā)展趨勢(shì) 2 1 3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 3 1 4 主要的工作內(nèi)容 4 第 2 章 機(jī)器人點(diǎn)焊電極修磨器總體設(shè)計(jì) 5 2 1 機(jī)器人點(diǎn)焊電極修磨器簡(jiǎn)介 5 2 2 機(jī)器人點(diǎn)焊電極修磨器方案說明 5 2 3 設(shè)計(jì)總體方案 6 2 3 1 電陰點(diǎn)焊電極的基本介紹 6 2 3 2 刀具的設(shè)計(jì) 7 第 3 章 行星減速器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 11 3 1 行星齒輪減速器的工作過程和結(jié)構(gòu)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖的確定 11 3 2 周轉(zhuǎn)輪系部分的選擇 11 3 3 NGW 型行星輪減速器方案確定 11 3 4 行星輪系中各輪齒數(shù)的確定 13 3 5 基本參數(shù)要求與選擇 15 3 6 方案設(shè)計(jì) 17 3 6 1 機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖 17 3 6 2 齒形及精度 17 3 6 3 齒輪材料及性能 18 3 7 齒輪的計(jì)算與校核 18 3 7 1 配齒數(shù) 18 3 7 2 初步計(jì)算齒輪主要參數(shù) 18 3 7 3 按彎強(qiáng)度曲初算模數(shù) m 21 3 7 4 齒輪疲勞強(qiáng)度校核 23 3 8 軸上部件的設(shè)計(jì)計(jì)算與校核 28 3 8 1 軸的計(jì)算 28 3 8 2 行星架設(shè)計(jì) 34 3 9 鍵的選擇與校核 38 3 9 1 鍵的選擇 38 3 9 2 鍵的校核 38 3 10 聯(lián)軸器的選擇 40 第 4 章 圓 錐 直 齒 輪 設(shè) 計(jì) 41 V 4 1 選定齒輪精度等級(jí) 材料及齒數(shù) 41 4 2 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 45 4 3 滾動(dòng)軸承的選擇及計(jì)算 50 總 結(jié) 52 參考文獻(xiàn) 53 致 謝 54 1 第 1 章 緒論 1 1 點(diǎn)焊機(jī)器人介紹及其研究意義 點(diǎn)焊機(jī)器人 spot welding robot 用于點(diǎn)焊自動(dòng)作業(yè)的工業(yè)機(jī)器人 世界上第 一臺(tái)點(diǎn)焊機(jī)于 1965 年開始使用 是美國(guó) Unimation 公司推出的 Unimate 機(jī)器人 中國(guó) 在 1987 年自行研制成第一臺(tái)點(diǎn)焊機(jī)器人 華宇 型點(diǎn)焊機(jī)器人 點(diǎn)焊機(jī)器人由機(jī) 器人本體 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) 示教盒和點(diǎn)焊焊接系統(tǒng)幾部分組成 由于為了適應(yīng)靈活 動(dòng)作的工作要求 通常電焊機(jī)器人選用關(guān)節(jié)式工業(yè)機(jī)器人的基本設(shè)計(jì) 一般具有六個(gè) 自由度 腰轉(zhuǎn) 大臂轉(zhuǎn) 小臂轉(zhuǎn) 腕轉(zhuǎn) 腕擺及腕捻 其驅(qū)動(dòng)方式有液壓驅(qū)動(dòng)和電氣 驅(qū)動(dòng)兩種 其中電氣驅(qū)動(dòng)具有保養(yǎng)維修簡(jiǎn)便 能耗低 速度高 精度高 安全性好等 優(yōu)點(diǎn) 因此應(yīng)用較為廣泛 點(diǎn)焊機(jī)器人按照示教程序規(guī)定的動(dòng)作 順序和參數(shù)進(jìn)行點(diǎn) 焊作業(yè) 其過程是完全自動(dòng)化的 并且具有與外部設(shè)備通信的接口 可以通過這一接 口接受上一級(jí)主控與管理計(jì)算機(jī)的控制命令進(jìn)行工作 焊接加工一方面要求焊工要有熟練的操作技能 豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn) 穩(wěn)定的焊接水 平 另一方面 焊接又是一種勞動(dòng)條件差 煙塵多 熱輻射大 危險(xiǎn)性高的工作 工 業(yè)機(jī)器人的出現(xiàn)使人們自然而然首先想到用它代替人的手工焊接 減輕焊工的勞動(dòng)強(qiáng) 度 同時(shí)也可以保證焊接質(zhì)量和提高焊接效率 點(diǎn)焊機(jī)器人在汽車裝配生產(chǎn)線上的大 量應(yīng)用大大提高了汽車裝配焊接的生產(chǎn)率和焊接質(zhì)量 同時(shí)又具有柔性焊接的特點(diǎn) 即只要改變程序 就可在同一條生產(chǎn)線上對(duì)不同的車型進(jìn)行裝配焊接 應(yīng)用點(diǎn)焊機(jī)器 人 有如下優(yōu)點(diǎn) 容易實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的完全自動(dòng)化 對(duì)生產(chǎn)設(shè)備的適應(yīng)能力將大大加強(qiáng) 可以提高產(chǎn)品的生產(chǎn)效率及質(zhì)量 可以明顯改善工作條件 1 2 工業(yè)機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì) 1 2 1 工業(yè)機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀 我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人從 80 年代 七五 科技攻關(guān)開始起步 目前已基本掌握了機(jī)器 人操作機(jī)的設(shè)計(jì)制造技術(shù) 控制系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì)技術(shù) 運(yùn)動(dòng)學(xué)和軌跡規(guī)劃技術(shù) 2 生產(chǎn)了部分機(jī)器人關(guān)鍵元器件 開發(fā)出噴漆 弧焊 點(diǎn)焊 裝配 搬運(yùn)等機(jī)器人 弧 焊機(jī)器人已應(yīng)用在汽車制造廠的焊裝線上 但總的來看 我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)及其 工程應(yīng)用的水平和國(guó)外比還有一定的距離 如 可靠性低于國(guó)外產(chǎn)品 機(jī)器人應(yīng)用工 程起步較晚 應(yīng)用領(lǐng)域窄 生產(chǎn)線系統(tǒng)技術(shù)與國(guó)外比有差距 應(yīng)用規(guī)模小 沒有形成 機(jī)器人產(chǎn)業(yè) 工業(yè)機(jī)器人在焊接領(lǐng)域的應(yīng)用最早是從汽車裝配生產(chǎn)線上的電阻點(diǎn)焊開始的 原 因在于電阻點(diǎn)焊的過程相對(duì)比較簡(jiǎn)單 控制方便 且不需要焊縫軌跡跟蹤 對(duì)機(jī)器人 的精度和重復(fù)精度的控制要求比較低 國(guó)際工業(yè)機(jī)器人企業(yè)憑借與各大汽車企業(yè)的長(zhǎng) 期合作關(guān)系 向各大型汽車生產(chǎn)企業(yè)提供各類點(diǎn)焊機(jī)器人單元產(chǎn)品并以焊接機(jī)器人與 整車生產(chǎn)線配套形式進(jìn)入中國(guó) 在該領(lǐng)域占據(jù)市場(chǎng)主導(dǎo)地位 隨著汽車工業(yè)的發(fā)展 焊接生產(chǎn)線要求焊鉗一體化 重量越來越大 165 公斤點(diǎn)焊機(jī)器人是目前汽車焊接中最 常用的一種機(jī)器人 2008 年 9 月 機(jī)器人研究所研制完成國(guó)內(nèi)首臺(tái) 165 公斤級(jí)點(diǎn)焊機(jī) 器人 并成功應(yīng)用于奇瑞汽車焊接車間 2009 年 9 月 經(jīng)過優(yōu)化和性能提升的第二臺(tái) 機(jī)器人完成并順利通過驗(yàn)收 該機(jī)器人整體技術(shù)指標(biāo)已經(jīng)達(dá)到國(guó)外同類機(jī)器人水平 1 1 2 2 工業(yè)機(jī)器人發(fā)展趨勢(shì) 目前國(guó)際機(jī)器人界都在加大科研力度 進(jìn)行機(jī)器人共性技術(shù)的研究 從機(jī)器人技 術(shù)發(fā)展趨勢(shì)看 焊接機(jī)器人和其它工業(yè)機(jī)器人一樣 不斷向智能化和多樣化方向發(fā)展 具體而言 表現(xiàn)在如下幾個(gè)方面 機(jī)器人操作機(jī)結(jié)構(gòu) 通過有限元分析 模態(tài)分析及仿真設(shè)計(jì)等現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的運(yùn)用 實(shí)現(xiàn)機(jī)器人操作機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì) 探索新的高強(qiáng)度輕質(zhì)材料 進(jìn)一步提高負(fù)載 自 重比 機(jī)器人控制系統(tǒng) 重點(diǎn)研究開放式 模塊化控制系統(tǒng) 向基于 PC 機(jī)的開放型控制 器方向發(fā)展 便于標(biāo)準(zhǔn)化 網(wǎng)絡(luò)化 器件集成度提高 控制柜日見小巧 且采用 模塊化結(jié)構(gòu) 大大提高了系統(tǒng)的可靠性 易操作性和可維修性 控制系統(tǒng)的性能 進(jìn)一步提高 實(shí)現(xiàn)軟件伺服和全數(shù)字控制 人機(jī)界面更加友好 機(jī)器人傳感技術(shù) 機(jī)器人中的傳感器作用日益重要 除采用傳統(tǒng)的位置 速度 加 速度等傳感器外 裝配 焊接機(jī)器人還應(yīng)用了激光傳感器 視覺傳感器和力傳感 器 并實(shí)現(xiàn)了焊縫自動(dòng)跟蹤和自動(dòng)化生產(chǎn)線上物體的自動(dòng)定位以及精密裝配作業(yè) 等 大大提高了機(jī)器人的作業(yè)性能和對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性 3 網(wǎng)絡(luò)通信功能 日本 YASKAWA 和德國(guó) KUKA 公司的最新機(jī)器人控制器已實(shí)現(xiàn)了與 Canbus Profibus 總線及一些網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)接 使機(jī)器人由過去的獨(dú)立應(yīng)用向網(wǎng)絡(luò)化 應(yīng)用邁進(jìn)了一大步 也使機(jī)器人由過去的專用設(shè)備向標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)備發(fā)展 虛擬機(jī)器人技術(shù) 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在機(jī)器人中的作用已從仿真 預(yù)演發(fā)展到用于過程 控制 如使遙控機(jī)器人操作者產(chǎn)生置身于遠(yuǎn)端作業(yè)環(huán)境中的感覺來操縱機(jī)器人 基于多傳感器 多媒體和虛擬現(xiàn)實(shí)以及臨場(chǎng)感技術(shù) 實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的虛擬遙控操作 和人機(jī)交互 機(jī)器人性能價(jià)格比 機(jī)器人性能不斷提高 高速度 高精度 高可靠性 便于操作 和維修 而單機(jī)價(jià)格不斷下降 由于微電子技術(shù)的快速發(fā)展和大規(guī)模集成電路的 應(yīng)用 使機(jī)器人系統(tǒng)的可靠性有了很大提高 多智能體調(diào)控技術(shù) 這是目前機(jī)器人研究的一個(gè)嶄新領(lǐng)域 主要對(duì)多智能體的群體 體系結(jié)構(gòu) 相互間的通信與磋商機(jī)理 感知與學(xué)習(xí)方法 建模和規(guī)劃 群體行為 控制等方面進(jìn)行研究 2 1 3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 當(dāng)前國(guó)內(nèi)外同類課題研究水平 像日本的 kyokutoh 生產(chǎn)的 tip dressers 系列 外觀 突破傳統(tǒng)設(shè)計(jì) 可以同時(shí)修磨兩個(gè)電極 但功率較低 修磨范圍有限 ABB 旗下的 Electrode dressers 系列 電機(jī)驅(qū)動(dòng) 體型相對(duì)較大 美國(guó) Lutz 生產(chǎn)的修磨器系列 如 M2 外觀小巧 攜帶方便 但電機(jī)功率較小 只能修磨硬度較低的電極和電極帽 以 及德國(guó) Die WEDO WERKZEUGBAU GMBH 公司生產(chǎn)的修磨器 也是電機(jī)驅(qū)動(dòng) 不過 較為普通 國(guó)外的這些電極修磨器產(chǎn)品早已在市場(chǎng)上占有一席之地 但在國(guó)內(nèi)還是寥 寥無幾 個(gè)別提供此產(chǎn)品的也都是由國(guó)外公司生產(chǎn)的 不足之處有以下幾點(diǎn) 1 報(bào)價(jià)高 像一套固定式的電極帽修磨器價(jià)格大約在五萬人民左右 手持氣動(dòng)修磨 器在一萬到兩萬之間 2 由于只有一個(gè)馬達(dá)帶動(dòng) 刀具的轉(zhuǎn)速和扭矩受到限制 這使得修磨器刀片的切削 力一定 對(duì)于不同硬度的電極材料 往往需要兩套不同的修磨器產(chǎn)品 且修磨精度不 高 4 3 由于馬達(dá)經(jīng)一級(jí)減速直接帶動(dòng)刀具轉(zhuǎn)動(dòng) 使修磨器在工作過程中不平穩(wěn) 影響修 磨精度 4 對(duì)于一般的立式修磨器 由于不能調(diào)節(jié)高度 使其在實(shí)際應(yīng)用中受到一定的限制 由于上述原因 國(guó)內(nèi)的許多點(diǎn)焊廠讓員工直接拿銼刀挫電極 這顯然不能保證修磨質(zhì) 量 針對(duì)市場(chǎng)上所售電極修磨器的不足 我們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)修磨精度高 應(yīng)用范圍廣的 可調(diào)速立式電極修磨器 其可廣泛適用于點(diǎn)焊機(jī)領(lǐng)域 更具體適用于汽車業(yè)焊接生產(chǎn) 線的點(diǎn)焊機(jī)領(lǐng)域 1 4 主要的工作內(nèi)容 分析機(jī)器人點(diǎn)焊電極修磨器行星齒輪機(jī)構(gòu)傳動(dòng)方案 并通過計(jì)算分析 確定行星輪系 齒輪的齒數(shù) 模數(shù)和軸 行星架的各項(xiàng)參數(shù) 校核齒輪的接觸和彎曲強(qiáng)度 完成內(nèi)外 嚙合齒輪 軸 行星架的設(shè)計(jì)計(jì)算 在整機(jī)設(shè)計(jì)開發(fā)背景下 結(jié)合運(yùn)動(dòng)參數(shù)完成設(shè)計(jì) 5 第 2 章 機(jī)器人點(diǎn)焊電極修磨器總體設(shè)計(jì) 2 1 機(jī)器人點(diǎn)焊電極修磨器簡(jiǎn)介 整個(gè)裝置由電機(jī)通過二級(jí)減速裝置帶動(dòng)錐齒輪運(yùn)動(dòng) 從而實(shí)現(xiàn)刀具的旋轉(zhuǎn)和切削 同時(shí)利用 行星齒輪可以實(shí)現(xiàn)變速 的原理實(shí)現(xiàn)電極的粗削和精削 另外 可調(diào)式支 架能夠輕松的控制裝置的高度 從而保證裝置的高效性和實(shí)用性 詳細(xì)介紹 可調(diào)速立式電極修磨器的簡(jiǎn)易結(jié)構(gòu)如圖 1 2 3 所示 主要由電機(jī) 1 2 行星輪系 傘齒輪系 刀具 10 齒輪 10 11 12 支撐架 15 等構(gòu)件組成 其 中電機(jī) 1 與太陽輪 4 之間通過雙齒聯(lián)軸器 3 連接 啟動(dòng)電機(jī) 1 電機(jī) 2 松開彈簧銷 14 可使刀具獲得大的轉(zhuǎn)速和扭矩 對(duì)電極進(jìn)行粗削 啟動(dòng)電機(jī) 1 關(guān)閉電機(jī) 2 鎖緊 彈簧銷 14 可使刀具獲得小的轉(zhuǎn)速和扭矩 對(duì)電極進(jìn)行精削 2 2 機(jī)器人點(diǎn)焊電極修磨器方案說明 國(guó)外的這些電極修磨器產(chǎn)品早已在市場(chǎng)上占有一席之地 但在國(guó)內(nèi)還是寥寥無幾 個(gè)別提供此產(chǎn)品的也都是由國(guó)外公司生產(chǎn)的 不足之處有以下幾點(diǎn) 1 報(bào)價(jià)高 2 由于只有一個(gè)馬達(dá)帶動(dòng) 刀具的轉(zhuǎn)速和扭矩受到限制 這使得修磨器刀片的切削 力一定 對(duì)于不同硬度的電極材料 往往需要兩套不同的修磨器產(chǎn)品 且修磨精度不 高 3 由于馬達(dá)經(jīng)一級(jí)減速直接帶動(dòng)刀具轉(zhuǎn)動(dòng) 使修磨器在工作過程中不平穩(wěn) 影響修磨精度 4 對(duì)于一般的立式修磨器 由于不能調(diào)節(jié)高度 使其在實(shí)際應(yīng)用 中受到一定的限制 由于上述原因 國(guó)內(nèi)的許多點(diǎn)焊廠讓員工直接拿銼刀挫電極 這 顯然不能保證修磨質(zhì)量 針對(duì)市場(chǎng)上所售電極修磨器的不足 我們?cè)O(shè)計(jì)的電極修磨器 具有精度高 應(yīng)用范圍廣 生產(chǎn)成本低 使用范圍廣等優(yōu)點(diǎn) 所以能夠充分的填補(bǔ)國(guó)內(nèi) 6 市場(chǎng)的空白 特別是更加適用于國(guó)內(nèi)汽車業(yè)焊接生產(chǎn)線的點(diǎn)焊領(lǐng)域 技術(shù)特點(diǎn) 可行 性 行星輪系調(diào)速調(diào)扭 實(shí)用性 易調(diào)節(jié)高度 使用說明 啟動(dòng)馬達(dá) 1 馬達(dá) 2 松開彈簧銷 可使刀具獲得大的轉(zhuǎn)速和扭矩 對(duì)電極進(jìn)行粗削 啟動(dòng)馬達(dá) 1 關(guān)閉馬達(dá) 2 鎖緊彈簧銷 可使刀具獲得小的轉(zhuǎn)速和扭矩 對(duì)電極進(jìn)行精削 技術(shù)特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì) 動(dòng)力由馬達(dá) 1 馬達(dá) 2 雙向輸入 最終在刀片處 輸出 在增強(qiáng)動(dòng)力的同時(shí) 通過對(duì)內(nèi)齒圈的約束于解除約束 能夠較好的調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速輸 出 從而保證了精磨質(zhì)量 此外 該套裝置大量采用齒輪傳動(dòng)方式 其制造技術(shù)相對(duì) 查看更多 2 3 設(shè)計(jì)總體方案 2 3 1 電陰點(diǎn)焊電極的基本介紹 在介紹本次設(shè)計(jì)的電極修磨器之前先對(duì)所要修磨的對(duì)象一點(diǎn)焊電極的材料 結(jié)構(gòu)等 做一定的介紹 1 點(diǎn)焊電極材料 點(diǎn)焊電極在進(jìn)行焊接生產(chǎn)時(shí)要承受高溫高壓的作用 是焊機(jī)最易損壞的一個(gè)零件 因 7 此它對(duì)材料有較高的要求 1 有足夠的高溫硬度與強(qiáng)度 再結(jié)晶溫度高 2 有高的抗氧 化能力與焊件形成合金的傾向小 3 在常溫和高溫都有合適的導(dǎo)電 導(dǎo)熱性 4 具有良 好的加工性能等 綜合上述條件 在一般的生產(chǎn)應(yīng)用中大多數(shù)是采用銅電極 2 點(diǎn)焊電極結(jié)構(gòu) 在實(shí)際焊接生產(chǎn)中由于被焊件開關(guān)尺寸不同以及焊接參數(shù)要求的不同 點(diǎn)焊電 極的形狀也有很多種 其主要有平面形 F 型 圓錐形 C 型 尖頭形 P 型 球面形 R 型 偏心形 E 型 帽裝電極 球鉸鏈平衡電極 復(fù)合電極等 本文主要是針對(duì)球面形電極的 修磨進(jìn)行研究 選擇電極材料為鉻鑄鋁 電極的公稱直徑為 15mm 點(diǎn)焊電極 電極 的機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖 8 所示 圖 8 球狀電極端面 2 3 2 刀具的設(shè)計(jì) 刀具的設(shè)計(jì)采用 2 部分 一部分為刀具的外形參數(shù)設(shè)計(jì) 一部分是刀具材料的設(shè)計(jì) 采用的是成型車刀的原理 2 3 2 1 外形參數(shù)的設(shè)計(jì) 8 電陰點(diǎn)焊的專用電極的直徑尺寸是一系列的 它從 5mm 到 15mm 其端面形狀因 焊接工件 工藝的不同也分成很多種 例如端面為平面的點(diǎn)焊電極 端面為錐形球面的點(diǎn) 焊電極 端面為半球面的點(diǎn)焊電極 本設(shè)計(jì)要修磨的對(duì)象是一個(gè)斷面形狀為半球形的點(diǎn) 焊電極 選擇的電極直徑為 15mm 在上文中已有介紹 由于在點(diǎn)焊焊接生產(chǎn)時(shí)電極要承受 9 高溫高壓 所以上下兩個(gè)電極必須要有較高的對(duì)中性即上下兩電極接觸時(shí)上電極端面的 球心必須要正對(duì)下電極端面的球心 以端面為球面的電極為例 以至于不發(fā)生偏離產(chǎn) 生力矩從而損壞電機(jī)和電極 故在進(jìn)行點(diǎn)焊電極修磨時(shí)必須要能保證電極端面較高的形 狀精度和位置精度 在車床進(jìn)行金屬車削加工時(shí) 對(duì)于特定形狀的高精度的零件 常用成 形刀具來加工 在此 根據(jù)成形車刀的結(jié)構(gòu)原理將刀具設(shè)計(jì)成形車刀形式 其零件圖如 10 圖所示 刀具是由上圖中刀片一和刀片二相互疊加成 十 字形鑲嵌裝配到刀具載體上的 其 與刀具載體的裝配圖如圖 12 所示 由圖可以看出刀具在進(jìn)行磨削工作時(shí)是靠刀具與刀具 載體配合的部分來傳遞動(dòng)力的 刀具載體在后文中做介紹 本設(shè)計(jì)中對(duì)于刀具動(dòng)力傳動(dòng)的 設(shè)計(jì)采用的是鍵傳動(dòng)中的花鍵傳動(dòng)原理 即將相互疊加的兩個(gè)加片看成為一個(gè)鍵數(shù)為 4 的花鍵 2 3 2 2 刀具的材料選擇 本次設(shè)計(jì)中的電極修磨器的修磨的電極的材料是鉻鋯銅 其材料成分為 Cr0 25 0 65 Zr0 08 0 20 其余的為銅 為冷拔件和鍛件 硬度為 135HRC 本次修磨器采用的是金屬 切削的原理 不同的工件材料的切割加工性能不同 一般分為八個(gè)等級(jí) 其中有色金屬及其 合金屬于很容易切削加工的材料 由上文所述的鉻鋯銅的材料特性可知該材料的切削加 工性能良好 容易切削 由車床車刀方面的知識(shí)可知 車刀的材料一般要具有以下幾個(gè)性能 硬度和耐磨性 強(qiáng) 度和韌性 耐熱性 導(dǎo)熱性 工藝性等 車刀一般選擇的材料有以下這幾種 A 調(diào)整剛刀具材料 它一般含有鎢 鑰 鉻 釩等 B 硬質(zhì)合金刀具材料 它是由高硬度 難熔化金屬化合物粉末和金屬粘結(jié)劑燒結(jié)成 的粉末冶金制品 10 C 陶瓷刀具材料 它具有很高的硬度 高的硬度 耐磨性等特性 D 超硬刀具材料 其材料由金剛石和立方氮化硼等 E 涂層刀具材料等 電極在修磨后要保持原有的形狀 故對(duì)刀具的耐磨性有一定的要求 而高速鋼在電極 在修磨后要保持原有的形狀 故對(duì)刀具的耐磨性有一定的要求 而高速鋼在強(qiáng)度 韌性 耐 磨性等各方面都比較好 結(jié)合刀具的材料的特性和鉻鋯銅電極的材料特性 在本次設(shè)計(jì)中 選擇高速鋼為修磨器刀具的材料 選用的調(diào)整鋼具體牌號(hào)是 W18Cr4V 11 第 3 章 行星減速器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3 1 行星齒輪減速器的工作過程和結(jié)構(gòu)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖的確定 機(jī)器人點(diǎn)焊電極修磨器內(nèi)部采用 NGW 型行星傳動(dòng)系統(tǒng) 查 漸開線行星齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì) 書表 4 1 確定 2 或 3 從提高傳動(dòng)裝置承載力 pn 減小尺寸和重量出發(fā) 取 3 pn 計(jì)算系統(tǒng)自由度 W 3 3 2 3 2 1 3 2 周轉(zhuǎn)輪系部分的選擇 周轉(zhuǎn)輪系的類型很多 按其基本構(gòu)件代號(hào)可分為 2Z X 3Z 和 Z X F 三大類 其中 Z 中心輪 其他各種復(fù)雜的周轉(zhuǎn)輪系 大抵可以看成這三類輪系的聯(lián)合貨組合機(jī)構(gòu) 按傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中齒輪的嚙合方式 又可分為許多傳動(dòng)形式 如 NGW 型 NW 型 NN 型 WW 型 ZUWGW 型 NGWN 型 N 型等 其中 N 內(nèi)嚙合 W 外嚙合 G 公用齒輪 ZU 錐齒輪 其傳動(dòng)類型與傳動(dòng)特點(diǎn)如表 1 1 3 3 NGW 型行星輪減速器方案確定 NGW 行星輪系由內(nèi)外嚙合和公用行星輪組成 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 軸向尺寸小 工藝性好 效率高 然而傳動(dòng)比較小 但 NGW 性能多級(jí)串聯(lián)成傳動(dòng)比打的輪系 這樣便克服了淡 季傳動(dòng)比較小的缺點(diǎn) 12 表 1 1 行星齒輪傳動(dòng)的類型與傳動(dòng)特點(diǎn) 傳 動(dòng) 類 型 傳 動(dòng) 特 性 類 組 性 機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖 傳動(dòng)比范 圍 傳動(dòng)比 推薦值 傳遞 功率 KW 應(yīng)用特點(diǎn) NGW 1 13 13 7 ibaX 2 7 9 不限 廣泛地用于動(dòng) 力及輔助傳動(dòng)中 工作制度不限 可作為減速 增 速和差速裝置 軸向尺寸小 便 于串聯(lián)多級(jí)傳動(dòng) 工藝性好 2Z X 負(fù) 號(hào) 機(jī) 構(gòu) NW 1 50 ibaX 5 25 不限 7 時(shí) 徑iaXb 向尺寸比 NGW 型 小 可推薦采用 工作制度不限 13 NN 1700 一個(gè)行 星輪時(shí) 30ibXa 100 三 個(gè)行星 輪時(shí) 30ibXa 40 可用于短時(shí) 間斷性工作制動(dòng)力傳動(dòng) 轉(zhuǎn)臂 X 為從動(dòng) 時(shí) 當(dāng) 大于i 某值后 機(jī)構(gòu)自 鎖 3Z 負(fù) 號(hào) 機(jī) 構(gòu) NGWN 500 20ibae 100 100 結(jié)構(gòu)很緊湊 適用于中小 功 率的短時(shí)工作制 傳動(dòng) 工藝性差 當(dāng) a 輪從動(dòng)時(shí) 達(dá)到某值后機(jī)i 構(gòu)會(huì)自鎖 即 0bea 3 4 行星輪系中各輪齒數(shù)的確定 在行星輪系中 各齒輪齒數(shù)的選配需滿足下述四個(gè)條件 現(xiàn)以圖 2 4 所示的行星輪 系為例 說明如下 14 圖 2 4 行星輪系參考圖 圖中 太陽輪 1 齒數(shù)為 分度圓半徑為 行星輪 2 齒數(shù)為 分度圓半徑1z1r2z 為 內(nèi)齒圈 3 齒輪為 分度圓半徑為 2r33 1 保證實(shí)現(xiàn)給定的傳動(dòng)比 根據(jù)上面的行星輪系圖示 通過機(jī)械原理知識(shí)可以知道 因 故131 Hiz 31 Hzi 2 保證滿足同心條件 要行星輪系能正?；剞D(zhuǎn) 其三個(gè)基本構(gòu)件的回轉(zhuǎn)軸線必須在同一直線上 因此 對(duì)于圖示的行星輪系來說 必須滿足下式 312r 當(dāng)采用標(biāo)準(zhǔn)漸開線直齒齒輪傳動(dòng)或等變位齒輪傳動(dòng)時(shí) 上式變?yōu)?或312r312z 3 保證安裝均布條件 為使各個(gè)行星輪都能夠正確均布地安裝在太陽輪和內(nèi)齒之間 行星輪的數(shù)目與各 輪之間齒數(shù)必須滿足一定的關(guān)系 否則將會(huì)因行星輪與太陽輪輪齒的干涉不能正確裝 配 圖 2 4 所示 下面就對(duì)為了使行星輪能均布且正確裝配 行星輪個(gè)數(shù) k 與各輪齒 數(shù)之間應(yīng)滿足的關(guān)系進(jìn)行分析 15 4 保證滿足鄰接條件 對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)齒輪傳動(dòng) 122sin 80 oarkrhm 式中 m 為模數(shù) 為齒頂高系數(shù) ah 以上式子說明的是在選擇各齒輪的齒數(shù)與行星輪個(gè)數(shù)時(shí) 所必需滿足的條件 3 5 基本參數(shù)要求與選擇 考慮到該工況條件下 電機(jī)的要求不高 選擇北京和利時(shí)電機(jī)電器廠的 86BYG250CN 型步進(jìn)電機(jī) 北京和利時(shí)電機(jī)電器有限公司的一些步進(jìn)電機(jī)技術(shù)參如表 3 1 表 3 1 步進(jìn)電機(jī)產(chǎn)品系列及技術(shù)參數(shù) 型號(hào) 相 數(shù) 步距角 DEG 電壓 V 電流 A 靜轉(zhuǎn) 矩 N m 空載 運(yùn)行 頻率 KHZ 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 Kg cm2 備注 86BYG250AN 2 0 9 1 8 110 3 6 2 4 15 0 56 86BYG250BN 2 0 9 1 8 110 4 5 0 15 1 2 86BYG250CN 2 0 9 1 8 110 5 7 0 15 4 28 北京和利時(shí)電機(jī)電器有限公司 86BYG250CN 型步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行矩頻特性曲線如圖 3 3 16 圖 3 3 運(yùn)行矩頻特性 北京和利時(shí)電機(jī)電器有限公司 86BYG250CN 型步進(jìn)電機(jī)的外型簡(jiǎn)圖如圖 3 4 圖 3 4 步進(jìn)電機(jī)外形簡(jiǎn)圖 根據(jù)前面計(jì)算 選擇北京和利時(shí)電機(jī)電器廠的 86BYG250CN 型步進(jìn)電機(jī) 17 3 6 方案設(shè)計(jì) 3 6 1 機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖 圖 2 4 機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖設(shè)計(jì) 圖中 太陽輪 1 齒數(shù)為 分度圓半徑為 行星輪 2 齒數(shù)為 分度圓半徑1z1r2z 為 內(nèi)齒圈 3 齒輪為 分度圓半徑為 2r33 遵循以上原則 通過配齒計(jì)算 確定該兩級(jí) NGW 行星齒輪減速機(jī)的主要參數(shù)見表 1 各級(jí)齒輪采用相同的材料及熱處理工藝 精度 6 級(jí) 表 1 主要設(shè)計(jì)參數(shù)表 齒數(shù) 傳動(dòng)比 太陽輪 20 行星輪 34第一級(jí) 內(nèi)齒輪 88 5 4 減速器的傳動(dòng)比為 5 4 NGW 行星輪部分 3 6 2 齒形及精度 因?qū)儆诘退龠\(yùn)動(dòng) 采用壓力角 20 的直齒輪傳動(dòng) 精度等級(jí)為 6 級(jí) 18 3 6 3 齒輪材料及性能 高速機(jī)太陽輪和行星輪采用硬齒面 以提高承載能力 減低尺寸 內(nèi)齒輪用軟齒面 便于切齒 并使道具不致迅速磨損變鈍 高速級(jí)部分采用軟齒面 兩級(jí)材料分別如 表 3 1 疲勞極限 Hlim 和 Flim 查書 1 圖 10 20 c d 10 21 d e 選取 行星輪的 Flim 是乘以 0 7 后的數(shù)值 表 3 1 齒輪材料及性能 齒輪 材料 熱處理 Hlim N mm 2 Flim N mm 2 加工精度 太陽輪 375 行星輪 20CrMnTi 滲碳淬火 HRC58 62 1400 267 5 6 級(jí) 內(nèi)齒輪 40Cr 調(diào)質(zhì) HB262 286 650 275 7 級(jí) 3 7 齒輪的計(jì)算與校核 3 7 1 配齒數(shù) 表 1 主要設(shè)計(jì)參數(shù)表 齒數(shù) 傳動(dòng)比 太陽輪 20 行星輪 34第一級(jí) 內(nèi)齒輪 88 5 4 3 7 2 初步計(jì)算齒輪主要參數(shù) 1 選擇齒輪材料 熱處理方法及精度等級(jí) 齒輪材料 熱處理方法及齒面硬度 19 因?yàn)檩d荷中有輕微振動(dòng) 傳動(dòng)速度不高 傳動(dòng)尺寸無特殊要求 屬于一般的齒輪 傳動(dòng) 故兩齒輪均可用軟齒面齒輪 查 機(jī)械基礎(chǔ) P 322 表 14 10 小齒輪選用 45 號(hào) 鋼 調(diào)質(zhì)處理 硬度 236HBS 大齒輪選用 45 號(hào)鋼 正火處理 硬度為 190HBS 精度等級(jí)初選 減速器為一般齒輪傳動(dòng) 圓周速度不會(huì)太大 根據(jù) 機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)基礎(chǔ) P 145 表 5 7 初選 8 級(jí)精度 2 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)齒輪 由于本設(shè)計(jì)中的減速器是軟齒面的閉式齒輪傳動(dòng) 齒輪承載能力主要由齒輪接觸 疲勞強(qiáng)度決定 其設(shè)計(jì)公式為 1231 EHdKTuZd 確定載荷系數(shù) K 因?yàn)樵擙X輪傳動(dòng)是軟齒面的齒輪 圓周速度也不大 精度也不高 而且齒輪 相對(duì)軸承是對(duì)稱布置 根據(jù)電動(dòng)機(jī)和載荷的性質(zhì)查 機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)基礎(chǔ) P 147 表 5 8 得 K 的范圍為 1 4 1 6 取 K 1 5 接觸疲勞許用應(yīng)力 limiHNPZS 接觸疲勞極限應(yīng)力 由 機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)基礎(chǔ) P 150 圖 5 30 中的 MQ 取值線 根據(jù)兩齒輪的齒面硬 度 查得 45 鋼的調(diào)質(zhì)處理后的極限應(yīng)力為 600MPa 560MPa lim1H lim2H 接觸疲勞壽命系數(shù) ZN 應(yīng)力循環(huán)次數(shù)公式為 N 60 n jth 工作壽命每年按 300 天 每天工作 2 8 小時(shí) 故 th 300 10 2 8 48000h 20 N1 60 466 798 1 48000 1 344 109 982 3410 27610i 查 機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)基礎(chǔ) P 151 圖 5 31 且允許齒輪表面有一定的點(diǎn)蝕 ZN1 1 02 ZN2 1 15 接觸疲勞強(qiáng)度的最小安全系數(shù) SHmin 查 機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)基礎(chǔ) P 151 表 5 10 得 SHmin 1 計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力 HP 將以上各數(shù)值代入許用接觸應(yīng)力計(jì)算公式得 lim11n60 261HNpZMaS li22mn5 4pHP 齒寬系數(shù) 由于本設(shè)計(jì)的齒輪傳動(dòng)中的齒輪為對(duì)稱布置 且為軟齒面?zhèn)鲃?dòng) 查 機(jī)械基礎(chǔ) P326 表 14 12 得到齒寬系數(shù)的范圍為 0 8 1 1 取 1d 計(jì)算小齒輪直徑 d1 由于 故應(yīng)將 代入齒面接觸疲勞設(shè)計(jì)公式 得2p p 2321331 189 54105 2 8 4m6EHdZKTud 圓周速度 v115768 4159 600nv ms 查 機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)基礎(chǔ) P 145 表 5 7 v 13L61 1STY 試驗(yàn)齒輪應(yīng)力修 正系數(shù) 按所給 區(qū)域圖取Flim Flim2 27 aY relT 太陽輪齒根圓角 敏感系數(shù) 查 5 圖 6 35 0 96c relT 行星齒輪齒根圓 角敏感系數(shù) 查 5 圖 6 35 0 97TYrel 齒根表面形狀系 數(shù) 查 5 圖 6 354 2 ZR1 045limFS 最小安全系數(shù) 按高可靠度 查 5 表 6 8 1 6 太陽輪 彎曲應(yīng)力基本值 a0F a0F 2 Fa 9 105 2 7 1 584 276b mNYSt 3 13 彎曲應(yīng)力 Y aFp alimSTYNaFrelTY relX 2470 5N 1 6 05961237 5 3 14 故 彎曲強(qiáng)度通過Faap 行星輪 bm 103 79N mmcF0 tcFYas 1 25 70 172 5468 2 cp limcSTNaY relT rllimFS2301 04597126 5 cF c0 AKV F FPK 2 4 5179 354 01 29713 故 彎曲強(qiáng)度通過cF cp 28 2 內(nèi)嚙合 齒輪接觸疲勞強(qiáng)度 仍用 5 式 6 19 6 20 6 21 計(jì)算 其中與外嚙合取值 不同的H P 參數(shù)為 u 77 29 2 655 0 87 1 03 0 97 1 11 ZNRZWH0 ZZE ubd1 Ft 947 125 36817 0895 2 3 15 2 879 35mN 2HPVAH0 m8 36N 01 0 2530 879 K 3 16 mmHP 1 56325 1 973 6limliSZHXWRVLN 2 3 17 故 H P 齒根彎曲疲勞強(qiáng)度 只需計(jì)算內(nèi)齒輪 計(jì)算公式仍為書 5 6 34 6 35 和式 6 36 其中取值與外 嚙合不同的系數(shù) 0 683 1 02 1 045 3 2a FY 81sa YrelT TYrel F 2 a 94 8 25 17 63 0 765b mNmSt 3 18 cF 0AKV F FPK 3 19 2 59N m1 354 1 2948 Fp limcSTYNa relT YrlliFS 3 20 268 20175 故 彎曲強(qiáng)度通過Fp 29 3 8 軸上部件的設(shè)計(jì)計(jì)算與校核 3 8 1 軸的計(jì)算 3 8 1 1 輸出軸 1 輸出軸上的功率 eeTP和 轉(zhuǎn) 矩轉(zhuǎn) 速 ne 為齒輪嚙合效率 KWpde 38 29 04 2 m 15 595NnTee 2 求齒輪上的力 dFet 4213875 132 0tan costan r FN 2 初步確定軸的最小直徑 先按書 1 式 15 2 初步估算軸的最小直徑 選取軸的材料為 40Cr 調(diào)質(zhì)處理 根據(jù)表 1 式 15 3 取 于是得10A mnPAe 2 34 59810d30min 軸的輸出最小直徑顯然是安裝聯(lián)軸器的直徑 d 為了所選軸直徑孔徑相適 故需 同時(shí)選取聯(lián)軸器型號(hào) 聯(lián)軸器查 1 表 14 1 取 則1 3KA 3 mNTKA 54980623 1eca 47 按計(jì)算轉(zhuǎn)矩 小于聯(lián)軸器公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩條件 查 6 表 11 17 ZL3 彈性柱銷齒式聯(lián)軸caT 器 d 38 半聯(lián)軸器長(zhǎng)度 L 82 半聯(lián)軸器與軸配合得轂孔長(zhǎng)度 L1 60 3 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1 根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度 30 1 為了滿足半聯(lián)軸器的軸向定位要求 軸端有段需制造出軸肩 故 段 d 46mm 左端用軸端擋圈定位 按軸端直徑取擋圈直徑 D 50 半聯(lián)軸器與軸配合 得轂孔長(zhǎng)度 為了保證軸端擋圈只壓在半聯(lián)軸器上而不壓在軸端面上 故60mL1 段的長(zhǎng)度應(yīng)該 L1 略短一些 現(xiàn)取 L 58mm 2 初選滾動(dòng)軸承 應(yīng)為軸承只受徑向力的作用 故選用深溝球軸承 6010 其尺寸 d D T 50mm 80mm 16mm 故 d d 50mm 而 L 16mm 端右滾動(dòng)軸承采用軸肩進(jìn)行的軸向定位 有手冊(cè)上查的 6010 軸間高度 h 3 因此選 取 d 56 1 取安裝齒輪出的軸段 的直徑 d 54 齒輪的左端與軸承之間采用套筒定 位 已知齒輪輪轂的寬度為 60mm 為了使套筒斷面可靠的緊壓齒輪 此軸段應(yīng)略短于 輪轂寬度 故取 L 56mm 齒輪的右端采用軸肩定位 軸肩高度 h 6mm 則軸環(huán)處的 直徑 d 64mm 軸環(huán)寬度取 10mm 2 軸承端蓋的總寬度為 21mm 由減速器及軸承端蓋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而定 取 L 30 5 3 取齒輪距箱體的內(nèi)壁之間的距離 a 10 5 2 軸上零件的周向定位 齒輪 半聯(lián)軸器的周向定位均采用平減連接 由書 1 表 6 1 查的平鍵截面 鍵槽用槽銑刀加工 長(zhǎng)度為 50mm 同時(shí)為了保證齒輪與軸配合有良mh106b 好的對(duì)中性 故選擇齒輪輪轂與軸的配合為 同時(shí)半聯(lián)軸器的連接 選用平鍵為6nH7 半聯(lián)軸器的配合為 滾動(dòng)軸承與軸的周向定位是由過度配合50810 k 來保證的 此處的直徑尺寸公差為 m6 4 求軸上的載荷 首先根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖做出軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖 軸承的支點(diǎn)位置為滾動(dòng)軸承的中點(diǎn)位置 31 因此 作為簡(jiǎn)支梁的軸的支撐跨距為 L1 L2 72 5 127 5 200mm 令水平面為 H 面 垂直面為 V 面 圖 3 3 軸的載荷分析圖 3 mNTFNert 38125 7 15 08 416F 3 t2NH tV 2 47 3 0 1 LFFtNH 48 代入數(shù)值可得 NH479 501 32 則截面 C 處的 m1924 5N LFMNH dere 1402 代入數(shù)值可得 F L FrENV1 N 3 5 1201 LMreNV 49 mLFMNV 5940 1 mNe 19232 總彎矩 3 MVH 4211 50 3 mNVH 93722 51 5 按彎矩合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度 進(jìn)行校核時(shí) 通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面 即危險(xiǎn)截面 C 的強(qiáng)度 根據(jù)書 1 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)力為脈動(dòng)循環(huán)應(yīng) 力 取 軸的計(jì)算應(yīng)力 60 3 52 MPaWTMe 16 27501 386 249 21ca 前已選定軸的材料為 40Cr 調(diào)質(zhì)處理 由 1 表 15 1 查得 故0 1 ca MPa7 1 3 8 1 2 輸入軸 1 輸入軸上的功率 轉(zhuǎn)速 和轉(zhuǎn)矩aPanaT 2 465kw 960r min 8 413N ma 33 2 求作用在齒輪上的力 NdTa7 685 2F1t nt49r 3 初步確定軸的最小直徑 先按書 1 式 15 2 初步估算軸的最小直徑 選取軸的材料為 40Cr 調(diào)質(zhì)處理 根據(jù)表 1 式 15 3 取 于是得10A 3 53 mnPa 7 1396045 2d30min 4 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 按照輸入軸的設(shè)計(jì)方法各段軸的大小 長(zhǎng)度如圖 3 4 所示 選滾動(dòng)軸承型號(hào)為 6005 單位為 mm 12475d TD 聯(lián)軸器處鍵槽 36 4018d ababl 32 bcbcl cdcdl 6 30 dedel 6 efef fgl 4 ghghl 3 8 1 3 滾動(dòng)軸承的壽命校核 1 求軸向力與徑向力的比值 根據(jù) 1 表 13 5 滿足壽命要求 21410 5 3 8 2 行星架設(shè)計(jì) 因?yàn)閱伪凼叫行羌芙Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 可容納較多的行星輪 所以選擇單臂式行星架 軸 與孔之見采用過盈配合 用溫差裝配 配合長(zhǎng)度為 1 5d 2 5d 范圍內(nèi)取 取配合u7H 長(zhǎng)度為 20mm 取左端與齒輪軸配合長(zhǎng)度為 20mm 孔與軸之間采用間隙配合 基本幾 何參數(shù)如圖 3 7 所示 三 滾動(dòng)軸承選擇 2 高速軸軸承的校核 根據(jù)軸承型號(hào) 30307 查設(shè)計(jì)手冊(cè)取軸承基本額定動(dòng)載荷為 C 75200N 基本額定靜載 荷為 NCor8250 35 求兩軸承受到的徑向載荷 將軸系部件受到的空間力系分解為鉛垂面和水平面兩個(gè)平面力系 有力分析可知 NFdVreVraere 53 2417 645847 216901021 NFHrVrrrteHrte 98 6024 53 241376 96221111 求兩軸承的計(jì)算軸向力 2aF和 對(duì)于圓錐滾子軸承 軸承派生軸向力 Y 由設(shè)計(jì)手冊(cè)查得為 1 9 因此可以估算 rd NYFrdr 36 179 8602 21 36 則軸有向右竄動(dòng)的趨勢(shì) 軸承 1 被壓緊 軸承 2 被1236 29 317ddae FF 放松 Ndae36 17 21 求軸承當(dāng)量動(dòng)載荷 21P和 查設(shè)計(jì)手冊(cè)知 e 0 31eFrar 53 098 6217 查課本表 13 5 得徑向載荷系數(shù)和軸向載荷系數(shù) 軸承 1 9 1 4 01 YX 軸承 2 因軸承運(yùn)轉(zhuǎn)中有輕微沖擊 查課本表 13 6 得 則1 2 01 ppff取 NFYXfParp 9 536 79 86024 13 22211 驗(yàn)算軸承壽命 因?yàn)?所以按軸承 1 的受力大小驗(yàn)算21 hh LPCnL 310616 275 75 400 hh23 選擇軸承滿足壽命要求 1 低速軸軸承的校核 根據(jù)軸承型號(hào) 30306 查設(shè)計(jì)手冊(cè)取軸承基本額定動(dòng)載荷為 C 59000N 基本額定靜載 荷為 NCor630 37 求兩軸承受到的徑向載荷 將軸系部件受到的空間力系分解為鉛垂面和水平面兩個(gè)平面力系 有力分析可知 NFdVreVraere 91 3460 4709 752812921 NFHrVrrrteHrte 24 7061 659 34830 1650222221121 求兩軸承的計(jì)算軸向力 21aF和 對(duì)于圓錐滾子軸承 軸承派生軸向力 Y 由設(shè)計(jì)手冊(cè)查得為 1 9 因此可以估算 rd NYFrdr 71 39 124706 521 38 則軸有向左竄動(dòng)的趨勢(shì) 軸承 1 被壓緊 軸承 2 被127 691 398ddae FF 放松 NNdae71 3 21 求軸承當(dāng)量動(dòng)載荷 2P和 查設(shè)計(jì)手冊(cè)知 e 0 31eFrar 53 024 761 921 查課本表 13 5 得徑向載荷系數(shù)和軸向載荷系數(shù) 軸承 1 9 1 01 YX 軸承 2 4 因軸承運(yùn)轉(zhuǎn)中有輕微沖擊 查課本表 13 6 得 則1 2 01 ppff取 NFYXfParp 6 87 39 24706 145 22211 驗(yàn)算軸承壽命 因?yàn)?所以按軸承 1 的受力大小驗(yàn)算21 hh LPCnL 310616 34 9784 5300 hh243 選擇軸承滿足壽命要求 3 9 鍵的選擇與校核 3 9 1 鍵的選擇 在本設(shè)計(jì)中 所選擇的鍵的類型均為 A 型圓頭普通平鍵 其材料為 45 鋼 在帶輪 39 1 上鍵的尺寸如下表所示 軸 鍵 鍵 槽 寬度 b 深度 極限偏差 一般鍵聯(lián)結(jié) 軸 t 轂 1t 半徑 r 公 稱 直 徑 d 公 稱 尺 寸 b h 公稱尺寸 b 軸 N9 轂 9sJ公稱 尺寸 極限 偏差 公稱 尺寸 極限 偏差 最小 最 大 28 8 7 8 0 0 036 0 018 4 0 0 2 0 3 3 0 2 0 0 25 0 40 3 9 2 鍵的校核 3 9 2 1 鍵的剪切強(qiáng)度校核 鍵在傳遞動(dòng)力的過程中 要受到剪切破壞 其受力如下圖所示 圖 5 6 鍵剪切受力圖 鍵的剪切受力圖如圖 3 6 所示 其中 b 8 mm L 25 mm 鍵的許用剪切應(yīng)力為 30 由前面計(jì)算可得 軸上受到的轉(zhuǎn)矩 T 55 N m 由鍵的剪切強(qiáng)度條件 aMPA 40 其中 D 為帶輪輪轂直徑 5 1 2 TblD 10 M 30 結(jié)構(gòu)合理 335810210 aP a 3 9 2 2 鍵的擠壓強(qiáng)度校核 鍵在傳遞動(dòng)力過程中 由于鍵的上下兩部分之間有力偶矩的作用 迫使鍵的上下 部分產(chǎn)生滑移 從而使鍵的上下兩面交界處產(chǎn)生破壞 其受力情況如下圖所示 初 取鍵的許用擠壓應(yīng)力 100 bs aP 圖 5 7 鍵擠壓受力圖 由 5 2 SFAbl 2000 N3368102510s 又有 5 3 bsFsA 8 結(jié)構(gòu)合理32051 aMP bs 3 10 聯(lián)軸器的選擇 聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩 查課本表 14 1 考慮到轉(zhuǎn)矩變化很小 故取2TKac 41 則3 1 ak mNTKac 136487203 12 按照計(jì)算轉(zhuǎn)矩 應(yīng)小于聯(lián)軸器公稱轉(zhuǎn)矩的條件 查手冊(cè) 選用 HL1 型彈性c 柱銷聯(lián)軸器 其公稱轉(zhuǎn)矩為 160000N mm 半聯(lián)軸器的孔徑 24mmd 6 潤(rùn)滑與密封 齒輪的潤(rùn)滑 采用浸油潤(rùn)滑 浸油深度為一個(gè)齒高 但不小于 10mm 滾動(dòng)軸承的潤(rùn)滑 由于軸承周向速度為 1m s 2m s 所以選用軸承內(nèi)充填油脂來潤(rùn)滑 潤(rùn)滑油的選擇 齒輪選用普通工業(yè)齒輪潤(rùn)滑油 軸承選用鈣基潤(rùn)滑脂 密封方法的選取 箱內(nèi)密封采用擋油盤 箱外密封選用凸緣式軸承蓋 在非軸伸端采用悶蓋 在軸 伸端采用透蓋 兩者均采用墊片加以密封 此外 對(duì)于透蓋還需要在軸伸處設(shè)置氈圈 加以密封 第 4 章 圓 錐 直 齒 輪 設(shè) 計(jì) 由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng) 工作壽命 10 年 設(shè)每年工作 300 天 一班制 輸送機(jī)工作經(jīng)常 滿載 空載起動(dòng) 工作平穩(wěn) 4 1 選定齒輪精度等級(jí) 材料及齒數(shù) 圓錐圓柱齒輪減速器為通用減速器 速度不高 故選用 7 級(jí)精度 GB10095 88 材料選擇 由 機(jī)械設(shè)計(jì) 第八版 表 10 1 選擇小齒輪材料為 調(diào)質(zhì) 硬度為40rC 280HBS 大齒輪材料為 45 鋼 調(diào)質(zhì) 硬度為 240HBS 選小齒輪齒數(shù) 大齒輪齒數(shù) 取整 則124z 2 7946 z 267z 2167 9zu 42 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì) 由設(shè)計(jì)計(jì)算公式進(jìn)行試算 即 1132 9 0 5 2Et RHZKTdu 確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值 試選載荷系數(shù) 8t 計(jì)算小齒輪的轉(zhuǎn)矩 2 425 39950 7 3 510140PTNmn 28 89m 2N 選齒寬系數(shù) 0 3R 4 由 機(jī)械設(shè)計(jì) 第八版 圖 10 21d 按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限 大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限lim16HMPa lim250HMPa 5 由 機(jī)械設(shè)計(jì) 第八版 表 10 6 查得材料的彈性影響系數(shù) 189 0 5EZa 6 計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 9129806401 6301 5210 53 7hNnjL 43 1264 903 16 60tdnv ms 3 計(jì)算載荷系數(shù) 根據(jù) 7 級(jí)精度 由 機(jī)械設(shè)計(jì) 第八版 圖 10 8 查得動(dòng)載系數(shù) 2 vms 1 2vK 直齒輪 1HFK 由 機(jī)械設(shè)計(jì) 第八版 表 10 2 查得使用系數(shù) 1 25AK 根據(jù)大齒輪兩端支撐 小齒輪作懸臂布置 查 機(jī)械設(shè)計(jì) 第八版 表得軸承系數(shù) 則1 25HbeK 1 5 87HFHbeK 接觸強(qiáng)度載荷系數(shù) 2152 6Av 7 由 機(jī)械設(shè)計(jì) 第八版 圖 10 19 取接觸疲勞壽命系數(shù) 120 93 6HNHNK 8 計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力 取失效概率為 1 安全系數(shù) S 1 得 12limli0 93658 2HNKMPaS 2 計(jì)算 1 試算小齒輪分度圓直徑 代入 中較小的值1td H 11323 2 9 0 5 48 892 6 9 3 75Et RHZKTum 2 計(jì)算圓周速度 v 44 圓整取 236bm 136b 1 校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度 1 確定彎曲強(qiáng)度載荷系數(shù) 1 251 8752 6AvFK 2 計(jì)算當(dāng)量齒數(shù) 122425 0cos93 86719 70 vz 3 由 機(jī)械設(shè)計(jì) 第八版 表 10 5 查得齒形系數(shù) 4 按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑 得 12 65334 970 81tKdm 5 計(jì)算模數(shù) m 170 82954dmz 取標(biāo)準(zhǔn)值 3 6 計(jì)算齒輪相關(guān)參數(shù) 12122212234760 79arcosarcos143 8907 5 06 7dmzmuRd 7 圓整并確定齒寬 0 835 1m 45 12 60FaY 2 6Fa 應(yīng)力校正系數(shù) 1 59sa21 7sa 4 由 機(jī)械設(shè)計(jì) 第八版 圖 20 20c 查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限 150FEMPa 大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限 2380FEMP 5 由 機(jī)械設(shè)計(jì) 第八版 圖 10 18 取彎曲疲勞壽命系數(shù) 10 8FNK2 94FN 6 計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力 取彎曲疲勞安全系數(shù) 得1 4S 11220 85314 29 9 FNEKMPaS 7 校核彎曲強(qiáng)度 式 進(jìn)行校核 2 10 5 FaSF FRKTYbmZ 8 11 1142 2 65370 6598 70 FaSFR FMPa 22 224 1 65370 6197 0 FaSFR FKTYbmZa 滿足彎曲強(qiáng)度 所選參數(shù)合適 4 2 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 求作用在齒輪上的力 46 1 1 0 5 0 5 32 10 53 62 5mRtRdZ m 而 1421 89056tancostan2cos713 426i itmraTFNd N 圓周力 徑向力 及軸向力 的方向如圖二所示traF 圖二 3 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) 機(jī)械設(shè)計(jì) 第八版 47 表 15 3 取 得 輸入軸的最小直徑為安裝聯(lián)軸012A 301 87min20 54dAm 器的直徑 為了使所選的軸直徑 與聯(lián)軸器的孔徑相適應(yīng) 故需同時(shí)選取聯(lián)軸