搬運(yùn)碼垛機(jī)器人畢業(yè)設(shè)計(jì)

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某某科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 目錄 1緒論 1 1.1研究背景及意義 1 1.2國(guó)內(nèi)碼垛機(jī)器人的研究現(xiàn)狀 2 1.3碼垛機(jī)器人的發(fā)展趨勢(shì) 4 2設(shè)計(jì)方案 5 2.1設(shè)計(jì)要求 5 2.2 機(jī)構(gòu)組成 5 2.3碼垛機(jī)器人路徑規(guī)劃 7 3起升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算 9 3.1 起升機(jī)構(gòu)電機(jī)選擇 9 3.1.1 起升機(jī)構(gòu)電機(jī)容量選擇 9 3.2 起升機(jī)構(gòu)鋼絲繩選擇選擇與計(jì)算 10 3.2.1鋼絲繩繩經(jīng)的選擇 10 3.3卷筒的設(shè)計(jì)與計(jì)算 11 3.4 起升機(jī)構(gòu)減速器選擇 12 3.5起升機(jī)構(gòu)聯(lián)軸器的選擇 14 4旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算 16 4.1旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)電機(jī)選擇 16 4.2旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)減速器選擇 18 4.3旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)聯(lián)軸器的選擇 19 4.4旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì) 21 4.5旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)齒輪傳動(dòng)強(qiáng)度校核 24 4.6旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 27 4.6.1最小軸徑確定 27 4.6.2二軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及強(qiáng)度校核 28 4.6.3二軸上深溝球軸承校核 33 5堆垛機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算 34 5.1堆垛機(jī)構(gòu)電機(jī)選擇 34 5.2堆垛機(jī)構(gòu)平臺(tái)設(shè)計(jì) 36 5.3槽輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 36 5.4堆垛機(jī)構(gòu)減速器的選擇 37 5.5堆垛機(jī)構(gòu)聯(lián)軸器的選擇 38 5.6堆垛機(jī)構(gòu)軸最小直徑計(jì)算 39 結(jié)論 41 致謝 42 參考文獻(xiàn) 43 第 43 頁(yè) 某某科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 1緒論 1.1研究背景及意義 隨著現(xiàn)代社會(huì)科技水平日新月異的變化，機(jī)器人技術(shù)已經(jīng)滲透到人類生活中的方方面面，演著不可替代的角色。機(jī)器人是多個(gè)學(xué)科技術(shù)綜合而成的產(chǎn)物，其應(yīng)用程度已經(jīng)逐漸寬廣起來(lái)研究機(jī)器人已經(jīng)成為了當(dāng)今時(shí)代的趨勢(shì)。機(jī)器人的應(yīng)用狀況已經(jīng)可以作為權(quán)衡一個(gè)國(guó)家現(xiàn)化程度高低的重要因素。 從機(jī)器人工作的環(huán)境來(lái)對(duì)機(jī)器人進(jìn)行分類，大體上能劃分成兩種，就是工業(yè)機(jī)器人與特種機(jī)器人。工業(yè)機(jī)器人是一種具有良好性能的自動(dòng)化機(jī)械裝置，是典型的含有很高科技含量的機(jī)電一體化產(chǎn)品。它在提高產(chǎn)品質(zhì)量、增加經(jīng)濟(jì)效益、提高生產(chǎn)率方面起著重要作用。同時(shí)工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展情況也是日新月異的，所以研發(fā)工業(yè)機(jī)器人是一件刻不容緩的事情。 碼垛是隨著物流產(chǎn)業(yè)的不斷壯大而發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)高新技術(shù)，其思想是把物品按照一定規(guī)律碼放在托盤上，從而能夠使物品的存放、搬運(yùn)、轉(zhuǎn)移等活動(dòng)變成單元化操作，從而大大提高物流運(yùn)輸?shù)男省?在物料質(zhì)量不大、尺寸不大、碼垛速度要求不高的情況下，碼垛工作都是通過(guò)人工來(lái)實(shí)現(xiàn)的。后來(lái)為了減輕工人在碼垛時(shí)的工作強(qiáng)度，產(chǎn)生了托盤操作機(jī)、工業(yè)機(jī)械手等一些比較簡(jiǎn)單的機(jī)械設(shè)施。但是隨著人們對(duì)碼垛速度要求的不斷提高，傳統(tǒng)的人工碼垛方式越來(lái)越難以達(dá)到人們的要求，這種情況下碼垛機(jī)器人應(yīng)運(yùn)而生。 作為工業(yè)機(jī)器人典型的一種，碼垛機(jī)器人技術(shù)近幾年有著非?？焖俚陌l(fā)展，這樣的發(fā)展速度和當(dāng)今世界制造業(yè)的小批量、多種類的發(fā)展模式是十分吻合的。碼垛機(jī)器人有著工作能力強(qiáng)、運(yùn)行速度快、體積比較小、抓取種類多、應(yīng)用范圍廣等特點(diǎn)，從而在市場(chǎng)上備受青睞，正因?yàn)檫@些優(yōu)點(diǎn)，才使得碼垛機(jī)器人被普遍應(yīng)用于制造業(yè)、碼垛、裝配、焊接等諸多操作中。 近年來(lái)，袋裝物品的需求和產(chǎn)量都十分巨大，進(jìn)而對(duì)袋裝物品進(jìn)行運(yùn)輸?shù)男枨笠苍诩眲≡鲩L(zhǎng)。在我國(guó)有大量的袋裝物品需要進(jìn)行碼垛、卸垛和運(yùn)輸。目前，對(duì)袋裝物品的火車運(yùn)輸來(lái)講，火車站臺(tái)卸車、站臺(tái)碼垛、運(yùn)輸裝車、運(yùn)輸卸車、庫(kù)房碼垛等工作一般均為人力操作，這樣做極大地消耗了人力物力。尤其是在環(huán)境比較惡劣的情況下，工作成本會(huì)很大且效率比較低。而結(jié)合了機(jī)器人技術(shù)和碼垛技術(shù)的碼垛機(jī)器人既可以大幅度地提高工作效率，又可以大大增強(qiáng)工作過(guò)程中的安全性，從而節(jié)約了大量的人力資源，有很大的經(jīng)濟(jì)和現(xiàn)實(shí)意義。 自從上世紀(jì)70年代碼垛領(lǐng)域有了機(jī)器人技術(shù)的加盟之后，機(jī)器人碼垛技術(shù)取得了很大的突破，抓取貨物類型、抓取速度和運(yùn)行過(guò)程中的精確性、穩(wěn)定性都在不停地升級(jí)。碼垛機(jī)器人的這些優(yōu)點(diǎn)會(huì)使碼垛機(jī)器人的廣泛使用變?yōu)橐环N不可阻擋的趨勢(shì)，會(huì)擁有極其廣闊的應(yīng)用前景。 人類科技文明的不斷進(jìn)步大大促進(jìn)了人們對(duì)更有效工作方式的渴望，減少勞動(dòng)強(qiáng)度，以及更加高效、高質(zhì)量地完成碼垛工作已經(jīng)逐漸被人們重視起來(lái)。各行各業(yè)對(duì)其勞動(dòng)效率和工作要求都在不斷的提高，因此在碼垛工作上也在尋找著更加方便、有效的工具來(lái)更好地完成各項(xiàng)任務(wù)，但是傳統(tǒng)的碼垛方式因?yàn)槠浞N種弊端，已經(jīng)越來(lái)越難以滿足企業(yè)的需求了。 近幾年來(lái)，碼垛機(jī)器人在各行各業(yè)的應(yīng)用在逐漸增多，特別是在物流運(yùn)輸過(guò)程中有著舉足輕重的作用，尤其是自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)的出現(xiàn)，更加引導(dǎo)了碼垛機(jī)器人的發(fā)展。 目前我國(guó)的碼垛設(shè)備基本上是進(jìn)口的，國(guó)內(nèi)的碼垛機(jī)器人研發(fā)技術(shù)還不是十分成熟，我國(guó)的碼垛機(jī)器人研究水平和國(guó)外還有著很大差距。中國(guó)又是一個(gè)勞動(dòng)力密集型的發(fā)展中國(guó)家，耗費(fèi)人力資源進(jìn)行的工作特別多，隨著我國(guó)對(duì)碼垛機(jī)器人的不斷需求與我國(guó)碼垛機(jī)器人技術(shù)落后之間的矛盾日益突出，開(kāi)發(fā)和研究自己的碼垛機(jī)器人就顯得刻不容緩。 1.2國(guó)內(nèi)碼垛機(jī)器人的研究現(xiàn)狀 國(guó)內(nèi)的機(jī)器人相關(guān)技術(shù)起步比較晚，20 世紀(jì) 70 年代，國(guó)內(nèi)才開(kāi)始引進(jìn)機(jī)器人技術(shù)，因?yàn)楫?dāng)時(shí)受著很多因素的限制，發(fā)展相對(duì)緩慢，研究水平也較低。到了 80年代，我國(guó)的機(jī)器人水平有了較快發(fā)展，“七五”期間，國(guó)家也投入了很多的人力、物力來(lái)進(jìn)行機(jī)器人技術(shù)的研究，并相繼開(kāi)發(fā)出了一些工業(yè)機(jī)器人和特種機(jī)器人，使中國(guó)的機(jī)器人從無(wú)到有，邁出了一大步。到了新世紀(jì)，我國(guó)的機(jī)器人技術(shù)有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，各項(xiàng)新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，先后出現(xiàn)了電焊、裝配、搬運(yùn)、切割、碼垛等很多機(jī)器人品種，碼垛機(jī)器人的技術(shù)也取得了迅速的發(fā)展。 在國(guó)內(nèi)，哈爾濱工業(yè)大學(xué)的機(jī)器人研究所和上海交通大學(xué)的機(jī)器人研究所是碼垛機(jī)器人的領(lǐng)頭研究單位。主要的機(jī)器人公司是哈爾濱博實(shí)自動(dòng)化設(shè)備有限公司、沈陽(yáng)新松機(jī)器自動(dòng)化股份有限公司以及首鋼莫托曼機(jī)器人有限公司。 我國(guó)自行設(shè)計(jì)制造了多種形式的碼垛機(jī)器人，其中直角坐標(biāo)型和關(guān)節(jié)型為主要的結(jié)構(gòu)形式。其中關(guān)節(jié)型機(jī)器人的機(jī)身比較緊湊，動(dòng)作靈活并且工作空間大，是機(jī)器人中使用最多的一種，世界上許多知名品牌的機(jī)器人公司，如 ABB、KUKA、MTOMAN、PUMA 等都采用關(guān)節(jié)型機(jī)器人。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)研制的機(jī)器人碼垛機(jī)已經(jīng)成功地應(yīng)用在了碼垛包裝的生產(chǎn)線上，并且取得了良好的效果該機(jī)器人采用了雙自由度的笛卡爾坐標(biāo)式機(jī)器人碼垛機(jī)，并結(jié)合了編組機(jī)，這樣就可以一個(gè)動(dòng)作抓取兩個(gè)或者三個(gè)物品，從而大大提高了工作能力，可以實(shí)現(xiàn)800袋/小時(shí)的工作能力。 上海交通大學(xué)機(jī)器人研究所與沃迪包裝科技有限公司合作，共同研制了新一代 TPR 系列碼垛機(jī)器人。此機(jī)器人采用的是線性四連桿機(jī)構(gòu)和基于PC的控制系統(tǒng)，還能對(duì)碼垛現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行 3D仿真以及自動(dòng)干涉檢查，可以大大提高機(jī)器人的各項(xiàng)性能，其工作能力可以達(dá)到1600包/小時(shí)。 哈爾濱博實(shí)自動(dòng)化設(shè)備有限公司在2006年開(kāi)發(fā)了基于FFS的高速高精度的稱重包裝碼垛生產(chǎn)線，這個(gè)生產(chǎn)線的生產(chǎn)速度可以高達(dá)1600袋/小時(shí)，而在稱重方面的精度可達(dá)0.1%。 沈陽(yáng)新松機(jī)器自動(dòng)化股份有限公司主要研究工業(yè)機(jī)器人與工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)及產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)，在自主機(jī)器人技術(shù)方面，解決了機(jī)器人的控制、本體優(yōu)化設(shè)計(jì)、機(jī)器人作業(yè)和工程應(yīng)用中的很多難題，成功地開(kāi)發(fā)了自主的碼垛機(jī)器人系統(tǒng)。 蘇海新等人設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一種四自由度新型工業(yè)碼垛機(jī)器人，其機(jī)械本體結(jié)構(gòu)采用以平衡吊原理為基礎(chǔ)的連桿機(jī)構(gòu)?？刂葡到y(tǒng)采用的是基于 PC 和 PMAC 的分布式控制系統(tǒng)，這個(gè)控制系統(tǒng)開(kāi)放性和實(shí)時(shí)性都比較好，伺服控制的精度也十分高。楊灝泉等人設(shè)計(jì)研制了一種碼垛SCARA機(jī)器人，該機(jī)器人機(jī)械本體結(jié)構(gòu)使用水平關(guān)節(jié)型，控制系統(tǒng)的核心部分為基于PC的DSP多軸運(yùn)動(dòng)控制器。 盡管我國(guó)在碼垛機(jī)器人的研究上取得了一些成就，但是和國(guó)外的碼垛機(jī)器人技術(shù)相比較，我國(guó)還有明顯的差距。日本和歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家的碼垛機(jī)器人技術(shù)已經(jīng)到達(dá)了一個(gè)比較高的水平，碼垛機(jī)器人的工作能力在不斷的提高，碼垛機(jī)器人的柔性、處理速度以及負(fù)載能力方面也在不斷提升，應(yīng)用范圍也在不斷拓展，因此需要我國(guó)的科研工作者更加努力，從而使我國(guó)的碼垛機(jī)器人技術(shù)有個(gè)更好的未來(lái) 1.3碼垛機(jī)器人的發(fā)展趨勢(shì) 為了能夠適應(yīng)不斷變化的商品對(duì)于碼垛的要求，讓碼垛機(jī)器人盡可能更好地為碼垛工業(yè)服務(wù)，因此碼垛機(jī)器人的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)主要有： (1)自動(dòng)化程度越來(lái)越高 機(jī)電綜合技術(shù)將會(huì)成為碼垛機(jī)器人發(fā)展的主流，衡量碼垛機(jī)器人技術(shù)水平的一個(gè)十分重要的指標(biāo)將會(huì)是自動(dòng)化程度。碼垛機(jī)器人的自動(dòng)化主要包括自動(dòng)控制和自動(dòng)檢測(cè)。一大批的微電子、紅外線、傳感器等新技術(shù)，尤其是微小型計(jì)算機(jī)的廣泛使用會(huì)使碼垛機(jī)器人的自動(dòng)控制和自動(dòng)檢測(cè)水平飛速提升，從而大大提高碼垛質(zhì)量。 (2)高速化 不僅要促進(jìn)單機(jī)高速化，而且要提高碼垛系統(tǒng)的高速化。在不斷提升自動(dòng)化程度的前提下，不斷改進(jìn)碼垛機(jī)器人的結(jié)構(gòu)。同時(shí)將整個(gè)碼垛系統(tǒng)的生產(chǎn)效率重視起來(lái)，這樣才能讓高速化向更深的層次發(fā)展。 (3)采用模塊化結(jié)構(gòu) 采用模塊化結(jié)構(gòu)不僅能夠讓碼垛機(jī)器人最大限度的滿足不同物品對(duì)機(jī)器人的要求，同時(shí)可以讓設(shè)備的設(shè)計(jì)和制造更方便，能夠降低成本、縮短生產(chǎn)周期。 (4)多功能碼垛機(jī)器人 對(duì)于生產(chǎn)大批量、尺寸固定的商品，一般會(huì)有相應(yīng)的設(shè)備進(jìn)行碼垛。但是近些年由于多品種、小批量商品市場(chǎng)的不斷壯大以及中、小型用戶的急劇增加，多功能通用碼垛機(jī)器人的發(fā)展速度很快，應(yīng)用前景也十分開(kāi)闊。 2設(shè)計(jì)方案 2.1設(shè)計(jì)要求 在生產(chǎn)過(guò)程中，經(jīng)常要搬運(yùn)桶裝的重物，工作簡(jiǎn)單枯燥，為了滿足某工廠生產(chǎn)的直徑高=φ420500mm，重量100kg的桶裝化學(xué)品，本論文設(shè)計(jì)了工作壽命為15年，每年工作300天，兩班制，每班8小時(shí)的搬運(yùn)碼垛機(jī)器人，來(lái)滿足生產(chǎn)要求。 2.2 機(jī)構(gòu)組成 本文設(shè)計(jì)了一種專門針對(duì)桶裝物品的搬運(yùn)碼垛機(jī)器人，該機(jī)人結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造成本低廉，運(yùn)營(yíng)維護(hù)方便，定位精度高，工作節(jié)拍快，適合在勞動(dòng)密集型企業(yè)推廣使用。 該搬運(yùn)碼垛機(jī)器人結(jié)構(gòu)主要分為三大部分，分別為：起升機(jī)構(gòu)，旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，堆垛機(jī)構(gòu)，三個(gè)機(jī)構(gòu)相互獨(dú)立。各個(gè)機(jī)構(gòu)有自己獨(dú)立的電機(jī)驅(qū)動(dòng)。 搬運(yùn)碼垛機(jī)器人起升機(jī)構(gòu)示意圖如圖（2.1）所示 圖（2.1）起升機(jī)構(gòu)示意圖 它的工作原理是：電機(jī)1連接接彈性聯(lián)軸器2連接制動(dòng)器3，通過(guò)減速器4，鏈接剛性聯(lián)軸器7，帶動(dòng)卷筒6，通過(guò)滑輪機(jī)構(gòu)提升重物5起升或下降。 搬運(yùn)碼垛機(jī)器人旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)采用齒輪機(jī)構(gòu)帶動(dòng)懸臂轉(zhuǎn)動(dòng)，槽輪每轉(zhuǎn)一周，懸臂轉(zhuǎn)動(dòng)90，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)器人搬運(yùn)工能。 堆垛過(guò)程示意圖如圖（2-2）所示，采用用單銷四槽槽輪機(jī)構(gòu)和曲柄滑塊機(jī)構(gòu)組合實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的堆垛功能。 圖（2-2）堆垛過(guò)程示意圖 堆垛裝置工作原理：每框的第一桶放在如圖所示位置，然后通過(guò)曲柄滑塊裝置帶動(dòng)和滑塊連在一起的木桶動(dòng)作到中間位置。以后每次動(dòng)作將木桶放置到左上角，堆垛裝置旋轉(zhuǎn)90，直至其余四個(gè)位置都被裝滿為一個(gè)循環(huán)。 2.3碼垛機(jī)器人路徑規(guī)劃 圖（2-3）運(yùn)動(dòng)軌跡 (1) 碼垛機(jī)器人工作時(shí)，首先從初始位置A旋轉(zhuǎn)45到達(dá)物品層B上方，角加速度ɑ=6.542rad/ 額定ω=1.308rad/s 所需時(shí)間==0.8s 計(jì)算：令加/減速階段所用時(shí)間=0.2s，旋轉(zhuǎn)角度π/24 rad，則勻速運(yùn)動(dòng)角度π/6 rad,所用時(shí)間為 α=6.542rad/ =0.4s =1.308 rad/s (2) 然后抓手下放抓取重物，下放高度500mm，下降速度1m/s，耗時(shí)=0.5s。抓取重物后上升到初始位置高度500mm，額定上升速度v=1m/s，加速運(yùn)動(dòng)減速運(yùn)動(dòng)的加速度=5m/，所需時(shí)間==0.7s。 計(jì)算：令抓取重物后加速/減速上升距離100mm，耗時(shí)=0.2s,勻速上升距離300mm,耗時(shí)，則 則=5m/ v==1m/s 0.3= 則=0.3s (3)抓手帶動(dòng)重物旋轉(zhuǎn)由B到C位置，轉(zhuǎn)過(guò)角度90。角加速度ɑ=7.753rad/ 額定ω=2.326rad/s 所需時(shí)間==0.975s。 計(jì)算：令加/減速階段所用時(shí)間=0.3s，旋轉(zhuǎn)角度2π/18 rad，則勻速運(yùn)動(dòng)角度5π/18 rad,所用時(shí)間為 α=7.753 rad/ =0.375 s =2.326 rad/s （4）然后抓手下放抓取重物至堆垛平臺(tái)上，下放高度500mm，下降速度1m/s，耗時(shí)。堆垛結(jié)束后做復(fù)合運(yùn)動(dòng)返回初始位置 ，額定上升速度v=1m/s，角加速度ɑ=6.542rad/ 額定ω=1.308rad/s ，加速運(yùn)動(dòng)減速運(yùn)動(dòng)的加速度=5m/，所需時(shí)間=0.8s。 所以，搬運(yùn)碼垛機(jī)器人完成一次工作循環(huán)所消耗的時(shí)間為 s （5） 堆垛機(jī)構(gòu)在接受起吊裝置吊裝的第一個(gè)重物后，由曲柄滑塊機(jī)構(gòu)將重物運(yùn)送到平臺(tái)中央，然后每接受一次重物，平臺(tái)旋轉(zhuǎn)90，直到平臺(tái)四個(gè)角落的位置填滿（平臺(tái)上共搭載5個(gè)重物）為一次循環(huán)，平臺(tái)旋轉(zhuǎn)時(shí)間為 S，旋轉(zhuǎn)角速度=0.184rad/s。 3.起升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算 3.1 起升機(jī)構(gòu)電機(jī)選擇 YZR系列起重及冶金用三相異步電機(jī)適用于各種形式的起重機(jī)械及冶金輔助設(shè)備的電力傳動(dòng)。電機(jī)頻繁啟動(dòng)制動(dòng)和反轉(zhuǎn)。能在額定電壓下直接啟動(dòng)并具有啟動(dòng)力矩大，啟動(dòng)電流小，機(jī)械強(qiáng)度高等特點(diǎn)。所以本文設(shè)計(jì)的搬運(yùn)碼垛機(jī)器人的起升機(jī)構(gòu)電機(jī)選用YZR型三相異步電機(jī)。 3.1.1 起升機(jī)構(gòu)電機(jī)容量選擇 起升機(jī)構(gòu)電機(jī)功率可按提升額定起升質(zhì)量時(shí)的靜功率計(jì)算，即： （KW） (3-1) 式中 — 起重機(jī)額定起升質(zhì)量100 kg V — 額定起升速度1m/s g — 重力加速度，g=9.81 (m/) — 機(jī)構(gòu)的總效率 起升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)輸入軸與輸出軸垂直布置，選用CW型圓弧圓柱蝸桿減速器，減速器效率=0.9 ，選用深溝球軸承，效率=0.99 ，滾筒效率=0.96 ，彈性聯(lián)軸器效率=0.99 ，剛性聯(lián)軸器效率=0.99 ，滑輪效率=0.98 。 則=.....==0.805 所以 KW 實(shí)際接電持續(xù)率 =0.8+0.7+0.975+0.5+0.5+0.8=4.275 s ==0.5+0.7+0.8=2 s ==100%=46.8% 在[3，1-82]中選擇一個(gè)與實(shí)際接電持續(xù)率最接近的電機(jī)，使其額定功率滿足下式： KW YZR112M型三相異步電機(jī)，工作定額40%，功率1.5KW，轉(zhuǎn)速1000n/min 滿足要求。 3.2 起升機(jī)構(gòu)鋼絲繩選擇選擇與計(jì)算 3.2.1鋼絲繩繩經(jīng)的選擇 鋼絲繩繩徑應(yīng)不小于下式計(jì)算的最小直徑：=0.118=3.696 mm，查表取d=4mm 纖維芯鋼絲繩，抗拉強(qiáng)度1770M，鋼芯最小破斷拉力9.40M。鋼絲繩標(biāo)記：4NAT (12+6+1) + IWS 1770 ZZ 9.40 GB/T 8918 式中 S — 鋼絲繩最大靜拉力，S=mg=1009.81=981 N C — 鋼絲繩的選擇系數(shù) 由機(jī)構(gòu)利用等級(jí)T7（繁忙使用）機(jī)構(gòu)載荷狀態(tài)L2中載查表[1,8-1-8]得機(jī)構(gòu)工作級(jí)別M7，鋼絲繩的選擇系數(shù)C=0.118mm/ 鋼絲繩的實(shí)際破斷力的估算公式為： (3-2) 式中 d — 鋼絲繩的直徑 — 鋼絲繩鋼絲的抗拉強(qiáng)度極限 — 鋼絲繩中金屬絲截面與整個(gè)截面的比值，與鋼繩結(jié)構(gòu)有關(guān)，一般=0.45~0.55， 取ω=0.5 K — 鋼絲繩編結(jié)損失系數(shù)，一般α=0.82~0.92，取α=0.88 則： ==9781.728 根據(jù)所選鋼絲繩的實(shí)際破斷力驗(yàn)算安全系數(shù)n： n==9781.728981=9.971 3.3卷筒的設(shè)計(jì)與計(jì)算 (1) 卷筒直徑計(jì)算 DIN15020規(guī)定了鋼繩的卷筒和滑輪直徑不得小于下式計(jì)算的最小直徑： 卷筒： =122.43.696 =82.790 mm 滑輪： =1253.696 =92.4 mm 取卷筒直徑=84 mm 滑輪直徑=94 mm 式中 — 以鋼絲繩中心線計(jì)算的鋼絲繩卷繞直徑； — 計(jì)算的鋼絲繩最小直徑； — 與鋼絲繩卷繞形式，工作級(jí)別有關(guān)的系數(shù)，不旋轉(zhuǎn)鋼絲繩的=1； — 與一次提升的彎曲次數(shù)及方向有關(guān)的系數(shù)，由機(jī)構(gòu)工作級(jí)別查表[1,8-1-54]得：卷筒 =22.4滑輪=25； (2) 卷筒繩槽結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)計(jì)算： 繩槽半徑：R=（0.53~0.56）d=0.554=2.2 mm 繩槽深度：標(biāo)準(zhǔn)槽=0.3d=1.2 mm 繩槽節(jié)距：標(biāo)準(zhǔn)槽=d+(2~4)=4+3=7 (3) 卷筒厚度計(jì)算： 鑄鐵卷筒厚度：mm ，取=12 mm (4) 卷筒長(zhǎng)度計(jì)算： 單聯(lián)卷筒：=93.5+28+21=130.5 mm 式中： mm ，：最大起升高度2915mm ,m為滑輪組倍率取m=1，為鋼絲繩安全圈數(shù)，，取=3。 ：無(wú)繩槽的卷筒端部尺寸，按需要定，取=8 mm ：固定繩尾所需長(zhǎng)度3P=37=21 mm （5）卷筒強(qiáng)度校核： 條件：，所以應(yīng)用卷筒壁內(nèi)表面最大壓應(yīng)力進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算， 符號(hào)意：A — 與卷筒層數(shù)有關(guān)的系數(shù)，查表[1,8-1-55]取A=1 — 鋼絲繩最大拉力，=mg+ma=100（9.81+5) =1481 N — 卷筒壁厚12 mm — 許用壓應(yīng)力，鑄鐵= M Pa — 抗壓強(qiáng)度，=1.5=1.5195=292.5 M Pa，材料選用HT200灰鐵200。 代入，所以卷筒強(qiáng)度計(jì)算合格。 3.4 起升機(jī)構(gòu)減速器選擇 起升機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比根據(jù)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和卷筒的轉(zhuǎn)速n，由式 確定，其中 （r/min）； 式中 — 電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速，r/min； n — 卷筒轉(zhuǎn)速； — 起升速度，m/min ； a — 滑輪組倍率； — 卷筒計(jì)算直徑，m，=D+d (D為卷筒直徑，d為鋼絲繩直徑)。 （1） 選用減速器的公稱輸入功率 應(yīng)滿足： ＜ (3-3) 式中 — 機(jī)械強(qiáng)度計(jì)算功率，KW； — 負(fù)載功率，KW；===0.981KW — 工況系數(shù)；查表[4,16-2-8]得=1.5 — 安全系數(shù)；查表[4,16-2-9]得=1.4 — 減速器公稱輸入功率；查表[4,16-2-4]得：ZDY型減速器，公稱傳動(dòng)比i=4.5，輸入轉(zhuǎn)速1000r/min，輸出轉(zhuǎn)速220 r/min，中心距a=80 mm，=9.5KW。 帶入公式得： =0.9811.51.4=2.060 ＜ 9.5 （KW） （2） 校核熱平衡許用功率： 應(yīng)滿足： 式中 — 計(jì)算熱功率，KW； — 減速器熱功率，查表無(wú)冷卻裝置=18； — 系數(shù)，查表[4,16-2-10]環(huán)境溫度系數(shù)，無(wú)冷卻條件，環(huán)境溫度為30時(shí)=1.15。載荷系數(shù)，查表[4,16-2-11]當(dāng)小時(shí)載荷率為40％時(shí)，=0.74。公稱功率利用系數(shù)，，查表[4,16-2-13]用插值法得=0.323； 帶入公式得： 所以，選擇ZDY型減速器，公稱傳動(dòng)比i=4.5，輸入轉(zhuǎn)速1000r/min，輸出轉(zhuǎn)速220 r/min，中心距a=80 mm，=9.5KW滿足設(shè)計(jì)要求。 3.5起升機(jī)構(gòu)聯(lián)軸器的選擇 起升機(jī)構(gòu)中聯(lián)軸器應(yīng)滿足下式要求： (3-4) 式中 T — 所傳遞轉(zhuǎn)矩的計(jì)算值，； — 按載荷組合B計(jì)算的最大轉(zhuǎn)矩，對(duì)高速軸，=(0.7~0.8)，其中為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的允許過(guò)載倍數(shù)，查表得YZR112M三相交流異步電機(jī)=2.2，為電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)矩，=9550=14.325，P為電動(dòng)機(jī)額定功率，kW，n為轉(zhuǎn)速，r/min；對(duì)低速軸=，其中，為起升載荷動(dòng)載系數(shù)，查表[2,3-16]得=1.05+0.4（）=1.05+0.4（1.0-0.2）=1.37；為鋼絲繩最大靜拉力作用于卷筒的轉(zhuǎn)矩，=mg =1009.810.084=82.404； — 聯(lián)軸器許用轉(zhuǎn)矩，，由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查得 — 聯(lián)軸器重要程度系數(shù)，對(duì)起升機(jī)構(gòu)，=1.3； — 角度偏差系數(shù)，電機(jī)軸處選用UL型彈性聯(lián)軸器，減速器輸出端選用YL型剛性聯(lián)軸器=1； 代入公式得：對(duì)于高速軸 。電機(jī)軸徑32mm，變速箱輸入軸徑24mm，輸入轉(zhuǎn)速1000r/min。 對(duì)于低速軸 變速箱輸出軸徑32mm，滾筒軸軸徑28mm，轉(zhuǎn)速n=217.140。 型號(hào)選擇： 對(duì)于高速軸：從GB/T 5844—1986查表[1,6-2-24]選用UL5型輪胎式聯(lián)軸器，許用轉(zhuǎn)矩160，許用最大轉(zhuǎn)速4000r/min，軸徑在24~35之間，符合要求。 對(duì)于低速軸：從GB/T 5843—1986查表[1,6-2-28]選用YL7對(duì)中榫型聯(lián)軸器，許用轉(zhuǎn)矩160，許用最大轉(zhuǎn)速7600r/min，軸徑在28~40之間，符合要求。 4.旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算 旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中電機(jī)帶動(dòng)CW型圓弧圓柱蝸桿減速器，減速器輸出軸帶動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)直齒輪副進(jìn)而帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)。 4.1旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)電機(jī)選擇 初選電機(jī)時(shí)考慮啟動(dòng)功率按下式計(jì)算： （kW） (4-1) 式中： —等速運(yùn)動(dòng)時(shí)所需的功率即摩擦阻力的功率； —加速機(jī)構(gòu)所需的功率； （1） 摩擦阻力功率計(jì)算 回轉(zhuǎn)支撐裝置中的摩擦阻力矩= ()； 式中 —徑向軸承中的摩擦阻力矩，； —止推軸承中的摩擦阻力矩，； a. 徑向軸承中的摩擦阻力矩= （) 式中 —止推軸承所受的水平力，N； —徑向軸承的摩擦系數(shù)，滾動(dòng)軸承取=0.015； —徑向軸承的內(nèi)徑，m； 計(jì)算： = N 柱式旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)由一個(gè)推力滾子軸承承受軸向力，由徑向軸承承受徑向力。=0.075 m ； 所以 ===0.212 N b. 止推軸承中的摩擦阻力矩 （） 式中 —止推軸承所受的垂直力，N。 —徑向軸承的摩擦系數(shù)，對(duì)滾動(dòng)軸承取=0.015； —止推軸承的內(nèi)徑與外徑的平均值，m； 計(jì)算： ==（130+100）9.81=2256.3 N = mm =0.0925 m = = =0.212+1.565=1.777 等速運(yùn)動(dòng)時(shí)所需的功率即摩擦阻力的功率==0.00413 （kW） （2） 加速機(jī)構(gòu)所需的功率 （kW） (4-2) 式中：—搬運(yùn)碼垛機(jī)器人旋轉(zhuǎn)時(shí)的回轉(zhuǎn)慣性阻力矩； —搬運(yùn)碼垛機(jī)器人旋轉(zhuǎn)時(shí)的角速度，=2.326 rad/s； 計(jì)算： 回轉(zhuǎn)慣性阻力矩： 搬運(yùn)碼垛機(jī)器人回轉(zhuǎn)時(shí)的回轉(zhuǎn)慣性阻力矩由繞回轉(zhuǎn)中心線回轉(zhuǎn)的物品慣性阻力矩和回轉(zhuǎn)部分的慣性阻力矩組成，即 = 式中： —物品對(duì)起升機(jī)構(gòu)回轉(zhuǎn)中心的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，； —搬運(yùn)碼垛機(jī)器人起升重物旋轉(zhuǎn)時(shí)的角加速度； 計(jì)算： ==100=64 =7.753 = 搬運(yùn)碼垛機(jī)器人旋轉(zhuǎn)部分的慣性阻力矩 （） (4-3) 式中 —搬運(yùn)碼垛機(jī)器人旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)各部件和構(gòu)件繞回轉(zhuǎn)中心的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 —搬運(yùn)碼垛機(jī)器人起升機(jī)重物旋轉(zhuǎn)時(shí)的角加速度； 計(jì)算： 柱式回轉(zhuǎn)軸對(duì)回轉(zhuǎn)中心的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為 = 支撐架2對(duì)回轉(zhuǎn)中心的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為 支撐架3對(duì)回轉(zhuǎn)中心的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為 = （） 所以作用在旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)柱式旋轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)矩為 ： =496.192+45.673=571.865 所以 （kW） （kW） 查[3，1-26]選擇Y100L—6型三相異步電機(jī)，額定功率1.5kW， 同步轉(zhuǎn)速1000r/min。 4.2旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)減速器選擇 本文使用CW型圓弧圓柱蝸桿減速器，傳遞交錯(cuò)軸間的運(yùn)動(dòng)和功率。 計(jì)算： (4-4) (4-5) (4-6) —減速器計(jì)算輸入機(jī)械功率，kW； —減速器計(jì)算輸入熱功率，kW； —減速器計(jì)算輸出機(jī)械轉(zhuǎn)矩，； —減速器計(jì)算輸出熱轉(zhuǎn)矩，； —減速器實(shí)際輸入功率，=1.334kW； —減速器實(shí)際輸出轉(zhuǎn)矩，=295.08 ； —工作載荷系數(shù)，查表[4,16-2-50]=1.5； —啟動(dòng)頻率系數(shù)，查表[4,16-2-51]=1.3； —小時(shí)載荷系數(shù)，由旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)小時(shí)載荷率查表[4,16-2-52]得=0.56； —環(huán)境溫度系數(shù)，根據(jù)工作環(huán)境溫度查表[4,16-2-53]得=1.14； 其中：減速器實(shí)際輸出轉(zhuǎn)矩等于摩擦阻力矩與回轉(zhuǎn)慣性阻力矩之和除以旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)齒輪傳動(dòng)比。 即 =1.3341.51.3=2.601 kW =1.3340.561.14=2.372 kW =295.081.51.3=575.409 =295.080.561.14=188.379 根據(jù)計(jì)算結(jié)果，查[4,16-2-46]，選擇CW型圓弧圓柱蝸桿減速器，公稱傳動(dòng)比，輸入轉(zhuǎn)速1000r/min，中心距100 mm，額定輸入功率3.41kW，額定轉(zhuǎn)矩640。 4.3旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)聯(lián)軸器的選擇 選擇Y100L—6型三星異步電機(jī)，額定功率1.5kW， 同步轉(zhuǎn)速1000r/min，最大轉(zhuǎn)矩2.2。 堆垛機(jī)構(gòu)中，聯(lián)軸器選擇時(shí)應(yīng)根據(jù)： (4-7) 式中 T — 所傳遞轉(zhuǎn)矩的計(jì)算值，； — 按載荷組合B計(jì)算的最大轉(zhuǎn)矩，對(duì)高速軸，=(0.7~0.8)，其中為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的允許過(guò)載倍數(shù)，查表得Y100L—6三相交流異步電機(jī)=2.2，為電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)矩，=9550=21.01，P為電動(dòng)機(jī)額定功率，kW，n為轉(zhuǎn)速，r/min； — 聯(lián)軸器許用轉(zhuǎn)矩，，由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查得 — 聯(lián)軸器重要程度系數(shù)，對(duì)起升機(jī)構(gòu)，=1.3； — 角度偏差系數(shù)，電機(jī)軸處選用UL型彈性聯(lián)軸器，減速器輸出端選用YL型剛性聯(lián)軸器=1； 代入公式得：對(duì)于電機(jī)輸出軸 電機(jī)軸徑28mm，變速箱輸入軸徑28mm，輸入轉(zhuǎn)速1000r/min。 對(duì)于低速軸 —工作情況系數(shù)查機(jī)械設(shè)計(jì)表14—1得=2.3。 變速箱輸出軸徑48mm，滾筒軸軸徑28mm，轉(zhuǎn)速n=217.140。 型號(hào)選擇： 對(duì)于高速軸：從GB/T 5844—1986查表選用UL5型輪胎式聯(lián)軸器，許用轉(zhuǎn)矩160，許用最大轉(zhuǎn)速4000r/min，軸徑在24~35之間，符合要求。 對(duì)于低速軸：從GB/T 5843—1986查表選用YL11型聯(lián)軸器，許用轉(zhuǎn)矩1000，許用最大轉(zhuǎn)速5300r/min，軸徑在55~70之間，符合要求。 4.4旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì) 1. 旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)采用標(biāo)準(zhǔn)直齒輪傳動(dòng),齒數(shù)比，電機(jī)驅(qū)動(dòng)，工作壽命15年，每年工作300天，八小時(shí)工作制，每天兩班，中等沖擊載荷。 （1） 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，選用直齒圓柱齒輪傳動(dòng)，壓力角取。旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)為一般工作機(jī)，查表[5，10-6]，選擇7級(jí)精度。 （2） 材料選擇。由表[5，10-1]，選擇小齒輪材料為（調(diào)質(zhì)），齒面硬度280，大齒輪材料為45鋼（調(diào)質(zhì)），齒面硬度240。 （3） 選小齒輪齒數(shù)，大齒輪齒數(shù)。 2. 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) （1）由式 (4-8) 1） 確定公式中各參數(shù)值 試選。 小齒輪傳遞轉(zhuǎn)矩=295083 ； 由表[5，10-7]選取齒寬系數(shù)。 由圖[5，10-20]查得區(qū)域系數(shù)。 由表[5，10-5]查得材料的彈性影響系數(shù)。 計(jì)算接觸疲勞強(qiáng)度用重合度系數(shù)。 = 計(jì)算接觸疲勞 許用應(yīng)力 由圖[5，10-25d]查得小齒輪和大齒輪的接觸疲勞極限分別為 。 計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)： 由圖[5，10-23]查取接觸疲勞壽命系數(shù)，。 取失效概率為1%，安全系數(shù)，則 取和中的較小者作為齒輪傳動(dòng)的接觸疲勞許用應(yīng)力，所以。 2） 試算小齒輪分度圓直徑 = =66.653 mm （2） 調(diào)整小齒輪分度圓直徑 1）計(jì)算實(shí)際載荷系數(shù)前的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備。 圓周速度。 齒寬b。 2） 計(jì)算實(shí)際載荷系數(shù) 由表[5，10-2]查得使用系數(shù)。 根據(jù)，7級(jí)精度，由圖10-8查得動(dòng)載系數(shù)。 齒輪的圓周力。 查表[5，10-3]得齒間載荷分配系數(shù)。 由表[5，10-7]用插值法查得7級(jí)精度，小齒輪相對(duì)支撐非對(duì)稱布置時(shí)，得齒向載荷分布系數(shù)。由此，得到實(shí)際載荷系數(shù) 3) 按實(shí)際載荷系數(shù)算的分度圓直徑 mm 級(jí)相應(yīng)的模數(shù) 將按接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)的齒輪模數(shù)就近放大為標(biāo) 準(zhǔn)值，算出小齒輪齒數(shù)。 取，則大齒輪齒數(shù),取，與互為質(zhì)數(shù)。 這樣設(shè)計(jì)出的齒輪傳動(dòng)，既滿足了齒面接觸疲勞強(qiáng)度，又滿足了齒根彎曲疲勞強(qiáng)度，且結(jié)構(gòu)緊湊。 3. 幾何尺寸計(jì)算 （1）計(jì)算分度圓直徑 （2） 計(jì)算中心距 mm (3)計(jì)算齒輪寬度 考慮到安裝誤差，為保證設(shè)計(jì)齒寬，將小齒輪略微加寬（5~10）mm，即取mm，取大齒輪齒寬。 4.5旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)齒輪傳動(dòng)強(qiáng)度校核 1. 齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核 (4-9) （1） 計(jì)算各參數(shù)值 1） 計(jì)算實(shí)際載荷系數(shù) 根據(jù)，7級(jí)精度，由圖[5，10-8]查得動(dòng)載系數(shù)。 由式 查表[5，10-3]得齒間載荷分配系數(shù)。 寬高比 由表[5，10-4]用插值法查得，結(jié)合查圖[5，10-13]，得。則載荷系數(shù)為 2) 確定，，，， 由圖[5，10-17]查得齒形系數(shù)，。 由圖[5，10-18]查得應(yīng)力修正系數(shù)， 3) 計(jì)算 = 4) 計(jì)算 計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)： 由圖[5，10-22]查得彎曲疲勞壽命系數(shù)，。 由圖[5，10-24c]查得小齒輪和大齒輪的齒根彎曲疲勞極限分別為，。 取彎曲疲勞安全系數(shù)，則 5）校核彎曲疲勞強(qiáng)度 所以齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度校核合格。 6） 齒輪主要參數(shù) 齒數(shù) 分度圓直徑 mm mm 齒頂圓直徑 mm mm 齒根圓直徑 mm mm 中心距 mm 齒輪寬度 mm mm 4.6旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 4.6.1最小軸徑確定 （1）按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度設(shè)計(jì)軸1的最小軸徑： (4-10) 式中：—扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，； —軸1受的扭矩， ； —軸的抗扭截面系數(shù)，； —軸1的轉(zhuǎn)速， r/min； P—軸傳遞的功率，P =1.334 kW； —計(jì)算截面處軸的直徑，mm； —許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，，軸的材料取45號(hào)鋼，查表[5，15-3]得=35； 計(jì)算： mm (2)按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度設(shè)計(jì)軸2的最小軸徑： 式中：—扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，； —軸2受的扭矩， ； —軸的抗扭截面系數(shù)，； —軸2的轉(zhuǎn)速， r/min； P—軸傳遞的功率，P =1.334 kW； —計(jì)算截面處軸2的直徑，mm； —許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，，軸的材料取45號(hào)鋼，查表得[5，15-3]=35； 計(jì)算： mm 4.6.2二軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及強(qiáng)度校核 （1）二軸上零件的裝配方案設(shè)計(jì) 二軸主要傳遞電機(jī)軸的扭矩給一軸，二軸上的零件主要有：深溝球軸承，小齒輪，聯(lián)軸器。三個(gè)定位軸肩分別定位深溝球軸承，小齒輪和聯(lián)軸器實(shí)現(xiàn)軸上零件的軸向固定，靠鍵實(shí)現(xiàn)軸上零件的軸向固定。（見(jiàn)圖4.5.2） 圖（4.5.2） （2） 二軸的強(qiáng)度校核 1. 輪齒受力分析 計(jì)算輪齒受力時(shí)，可忽略嚙合輪齒間所受的摩擦力。各力按下式計(jì)算： (4-11) (4-12) (4-13) 式中：—小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩，=295083 ； —壓力角，=20； 所以 2. 畫出軸的力學(xué)模型簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖(a） 圖 (a) 3. 分別作出二軸在水平方向上的受力簡(jiǎn)圖與水平方向上的彎矩圖見(jiàn)圖（b） 圖（b） 計(jì)算： 4. 分別作出二軸在豎直方向上的受力簡(jiǎn)圖與水平方向上的彎矩圖見(jiàn)圖（c） 圖（c） 計(jì)算： 5. 作彎矩圖和扭矩圖見(jiàn)圖（d） 計(jì)算： 圖（d） 6. 按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度 軸的彎扭合成強(qiáng)度條件為： (4-14) 式中：—軸的計(jì)算應(yīng)力，； —軸所受的彎矩，； —軸所受扭矩，； —軸的抗彎截面系數(shù)， ，其中d為軸徑，b為鍵槽寬度，t為軸上鍵槽深度； —對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力時(shí)軸的許用彎應(yīng)力，； 根據(jù)彎矩和扭矩圖確定危險(xiǎn)截面B的強(qiáng)度。軸做循環(huán)往復(fù)旋轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力，取折合系數(shù)=1，軸的計(jì)算應(yīng)力為 軸材料選用45鋼，調(diào)質(zhì)，查表得 對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力時(shí)軸的許用彎應(yīng)力=60 。由于，所以安全。 4.6.3二軸上深溝球軸承校核 軸承所受徑向力 基本額定靜載荷，，所以X=1，Y=0。 軸向當(dāng)量動(dòng)載荷，為載荷系數(shù)，中等沖擊時(shí)=1.5。 驗(yàn)算軸承壽命： 預(yù)期使用壽命為L(zhǎng)=2830015=72000 h，，所以軸承驗(yàn)算合格。 5.堆垛機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算 5.1堆垛機(jī)構(gòu)電機(jī)選擇 堆多機(jī)構(gòu)初選電機(jī)時(shí)考慮啟動(dòng)功率按下式計(jì)算： （kW） (5-1) 式中： —等速運(yùn)動(dòng)時(shí)所需的功率即摩擦阻力的功率； —加速機(jī)構(gòu)所需的功率； （1）摩擦阻力功率計(jì)算 回轉(zhuǎn)支撐裝置中的摩擦阻力矩 ()； 式中 —止推軸承中的摩擦阻力矩，； a. 止推軸承中的摩擦阻力矩 （） 式中 —止推軸承所受的垂直力，N。 —徑向軸承的摩擦系數(shù)，對(duì)滾動(dòng)軸承取=0.015； —止推軸承的內(nèi)徑與外徑的平均值，m； 計(jì)算： ==（5100+80）9.81=5689.8 N = mm =0.0925 m = 等速運(yùn)動(dòng)時(shí)所需的功率即摩擦阻力的功率==0.00726（kW） （2）加速機(jī)構(gòu)所需的功率 （kW） (5-2) 式中：—搬運(yùn)碼垛機(jī)器人旋轉(zhuǎn)時(shí)的回轉(zhuǎn)慣性阻力矩； —搬運(yùn)碼垛機(jī)器人旋轉(zhuǎn)時(shí)的角速度，=0.184rad/s； 計(jì)算： 回轉(zhuǎn)慣性阻力矩： 搬運(yùn)碼垛機(jī)器人回轉(zhuǎn)時(shí)的回轉(zhuǎn)慣性阻力矩由繞回轉(zhuǎn)中心線回轉(zhuǎn)的物品慣性阻力矩和回轉(zhuǎn)部分的慣性阻力矩組成，即 (5-3) = (5-4) 式中： —物品對(duì)堆垛平臺(tái)回轉(zhuǎn)中心的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，； —搬運(yùn)碼垛機(jī)器人堆垛平臺(tái)旋轉(zhuǎn)時(shí)的角加速度； 計(jì)算： =8=800=32 =4.753 = 搬運(yùn)碼垛機(jī)器人堆垛機(jī)構(gòu)的慣性阻力矩 （） (5-5) 式中 —搬運(yùn)碼垛機(jī)器人堆垛機(jī)構(gòu)各部件回轉(zhuǎn)中心的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 —搬運(yùn)碼垛機(jī)器人堆垛機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)時(shí)的角加速度； 計(jì)算： 柱式回轉(zhuǎn)軸對(duì)回轉(zhuǎn)中心的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為 = 堆垛平臺(tái)對(duì)回轉(zhuǎn)中心的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為 其中為平臺(tái)質(zhì)量，和為平臺(tái)的長(zhǎng)與寬； = （） 所以作用在堆垛機(jī)構(gòu)柱式旋轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)矩為 ： =152.096+69.817=221.913 所以 （kW） （kW） 查[3，1-26]選擇Y100L—6型三星異步電機(jī)，額定功率1.5kW， 同步轉(zhuǎn)速1000r/min。 5.2堆垛機(jī)構(gòu)平臺(tái)設(shè)計(jì) 堆垛機(jī)構(gòu)中，設(shè)計(jì)一種曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，來(lái)實(shí)現(xiàn)將每次工作循環(huán)中起升機(jī)構(gòu)運(yùn)送的第一件重物由平臺(tái)邊角運(yùn)送到平臺(tái)中心,見(jiàn)圖（5.2） 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中，連桿BD長(zhǎng)度為曲柄AB長(zhǎng)度的二倍AB=200 mm，C處為運(yùn)送重物的托盤。當(dāng)曲柄運(yùn)動(dòng)到b處時(shí)托盤恰好運(yùn)送重物到回轉(zhuǎn)中心，即平臺(tái)中心。堆垛平臺(tái)上為了使重物從平臺(tái)邊緣運(yùn)送到平臺(tái)中心，需要在平臺(tái)上開(kāi)槽，槽的形狀應(yīng)和C點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡相符。 圖（5.2）曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 5.3槽輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 本機(jī)構(gòu)選用外接徑向槽輪機(jī)構(gòu)，機(jī)構(gòu)參數(shù)： 槽數(shù)Z=4 槽間角 槽輪每次轉(zhuǎn)位時(shí)曲柄的轉(zhuǎn)角 中心距mm 曲柄相對(duì)長(zhǎng)度. 曲柄長(zhǎng)度 mm 槽輪相對(duì)半徑0.707 槽輪半徑 mm 鎖止弧張角 圓銷半徑 mm 相對(duì)槽深 槽深 mm 曲柄軸輪轂相對(duì)直徑，取 曲柄軸輪轂直徑 mm 鎖止凸弧半徑 mm，取 mm 5.4堆垛機(jī)構(gòu)減速器的選擇 堆垛機(jī)構(gòu)使用CW型圓弧圓柱蝸桿減速器，傳遞交錯(cuò)軸間的運(yùn)動(dòng)和功率。 計(jì)算： =1.51.51.3=2.925kW =1.511.14=1.71kW =221.9131.51.3=432.730 =221.91311.14=252.981 —減速器計(jì)算輸入機(jī)械功率，kW； —減速器計(jì)算輸入熱功率，kW； —減速器計(jì)算輸出機(jī)械轉(zhuǎn)矩，； —減速器計(jì)算輸出熱轉(zhuǎn)矩，； —減速器實(shí)際輸入功率，=1.5 kW； —減速器實(shí)際輸出轉(zhuǎn)矩，=221.913 ； —工作載荷系數(shù)，查表=1.5； —啟動(dòng)頻率系數(shù)，查表=1.3； —小時(shí)載荷系數(shù)，由旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)小時(shí)載荷率查表得=1； —環(huán)境溫度系數(shù)，根據(jù)工作環(huán)境溫度查表得=1.14； 根據(jù)計(jì)算結(jié)果，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，選擇CW型圓弧圓柱蝸桿減速器，公稱傳動(dòng)比，輸入轉(zhuǎn)速1000r/min，中心距100 mm，額定輸入功率3.41kW，額定轉(zhuǎn)矩640。 5.5堆垛機(jī)構(gòu)聯(lián)軸器的選擇 選擇Y100L—6型三星異步電機(jī)，額定功率1.5kW， 同步轉(zhuǎn)速1000r/min，最大轉(zhuǎn)矩2.2。 堆垛機(jī)構(gòu)中，聯(lián)軸器選擇時(shí)應(yīng)根據(jù)： (5-6) 式中 T — 所傳遞轉(zhuǎn)矩的計(jì)算值，； — 按載荷組合B計(jì)算的最大轉(zhuǎn)矩，對(duì)高速軸，=(0.7~0.8)，其中為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的允許過(guò)載倍數(shù)，查表得Y100L—6三相交流異步電機(jī)=2.2，為電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)矩，=9550=7.163，P為電動(dòng)機(jī)額定功率，kW，n為轉(zhuǎn)速，r/min； — 聯(lián)軸器許用轉(zhuǎn)矩，，由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查得 — 聯(lián)軸器重要程度系數(shù)，對(duì)起升機(jī)構(gòu)，=1.3； — 角度偏差系數(shù)，電機(jī)軸處選用UL型彈性聯(lián)軸器，減速器輸出端選用YL型剛性聯(lián)軸器=1； 代入公式得：對(duì)于電機(jī)輸出軸 電機(jī)軸徑24mm，變速箱輸入軸徑28mm，輸入轉(zhuǎn)速1000r/min。 對(duì)于低速軸 —工作情況系數(shù)查機(jī)械設(shè)計(jì)表14—1得=2.3。 變速箱輸出軸徑48mm，滾筒軸軸徑28mm，轉(zhuǎn)速n=217.140。 型號(hào)選擇： 對(duì)于高速軸：從GB/T 5844—1986查表選用UL5型輪胎式聯(lián)軸器，許用轉(zhuǎn)矩160，許用最大轉(zhuǎn)速4000r/min，軸徑在24~35之間，符合要求。 對(duì)于低速軸：從GB/T 5843—1986查表選用YL10對(duì)中榫型聯(lián)軸器，許用轉(zhuǎn)矩630，許用最大轉(zhuǎn)速7600r/min，軸徑在45~60之間，符合要求。 5.6堆垛機(jī)構(gòu)軸最小直徑計(jì)算 （1）按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度設(shè)計(jì)軸5的最小軸徑： (5-7) 式中：—扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，； —軸受的扭矩， ； —軸的抗扭截面系數(shù)，； —軸5的轉(zhuǎn)速， r/min； P—軸傳遞的功率，P =0.048 kW； —計(jì)算截面處軸的直徑，mm； —許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，，軸的材料取45號(hào)鋼，查表得=35； 計(jì)算： mm 結(jié)論 為了提高工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，在生產(chǎn)線上搬運(yùn)重物的效率，節(jié)省勞動(dòng)力，本文設(shè)計(jì)了一種搬運(yùn)桶裝物的搬運(yùn)碼垛機(jī)器人。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，對(duì)其機(jī)械本體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并畫