1439+工件步进输送机设计(3K行星减速器)
常熟理工学院毕业设计(论文)工件步进输送机设计摘要工件步进输送机用于间歇地输送工件,到达预定位置。传统输送机通过电动机采用普通减速器多级变速实现,传动装置结构尺寸大。为了使装置结构紧凑,传动效率高,本文完成了采用行星减速器为传动系的步进输送机的设计与研究。 本文对工件步进输送机的研究要点如下:(1) 介绍了现有工件输送机的类型、发展趋势和研究本课题的目的、意义,分析了输送机国内外的研究现状。(2) 在完成对工作机构的设计、确定电动机的类型的情况下,建立了两种传动系减速方案,通过方案对比,择优选择出采用行星齿轮减速器的步进输送机传动方案,并对此方案的可行性进行了分析。(3) 进行了工件步进输送机的总体结构设计,重点设计了行星齿轮减速器总体及部分零件的结构,并详细绘制了关键零件的工作图。(4) 同时运用计算机辅助软件对工作机构及传动系进行运动仿真分析,为进一步改进传动结构提供理论依据。关键词:工件步进输送机 电动机 行星齿轮减速器 设计 仿真Workpiece stepping conveyor designAbstractWorkpiece stepping conveyor used intermittently transportation workpiece, arrived at the scheduled position. Traditional conveyor by using common reducer multistage variable speed motors, transmission device structure size realization. In order to achieve high transmission efficiency, we completed a planetary reducer for transmission by the workpiece stepping conveyor design and research.This article on the stepping conveyor research points as follows:(1) Introduces existing workpiece, the types of belt conveyor development trend, and study of this subject, analyzes the purpose and significance of the research situation at home and abroad. (2) After finishing the design of working mechanism and determine the type of situation motor, set up two kinds of transmission deceleration scheme, through the scheme contrast, technical selected the planet gear reducer stepping conveyor transmission scheme, and the feasibility of this plan are analyzed.(3) Underwent workpiece stepping conveyor the overall structure design, focusing on the planet gear reducer design of the structure of overall and parts, and detailed the key parts mapped the working drawing.(4) At the same time using computer-aided software to work institutions and drivetrain motion simulation analysis, for further improved transmission structure provides theory basis.Keywords: workpiece stepping conveyor; motor ;planetary gear reducer ;design; simulation目录1. 绪论11.1引言11.1.1 输送机的类型及特性介绍11.1.2 工件步进输送机的工作原理21.1.3 输送机的发展趋势31.2 研究的目的和意义31.3 国内外研究现状41.4 主要研究内容41.4.1 课题任务41.4.2 课题所要完成的主要工作52. 步进输送机方案设计62.1 工作机构的设计与分析62.1.1 工作机构型式的选择62.1.2 设计机构的具体尺寸62.1.3 机构的速度分析82.2 选择电动机92.2.1 选择电动机的类型92.2.2 选择电动机的容量92.3 传动方案的对比分析及优选102.3.1 选择传动形式102.3.2两种传动方案对比分析及优选103. 行星齿轮减速器性能参数设计123.1 行星传动的齿数分配123.2 闭式圆柱齿轮传动的设计计算123.2.1 高速级计算123.2.2 几何尺寸计算133.2.3 验算齿根弯曲强度(a-c轮)143.2.4 齿轮的圆周速度143.3 轴的结构尺寸设计及校核143.3.1 高速轴设计143.3.2 行星轮轴结构设计173.3.3 低速轴结构设计183.4 滚动轴承的选择与校核183.4.1 确定轴承型号183.4.2 根据寿命校核183.5 减速器其他主要零部件结构设计183.5.1 内齿圈浮动183.5.2 行星架结构184. 工件步进输送机总体设计205. 减速器传动零件的三维设计及运动仿真215.1 减速器传动零件实体造型215.1.1 高速轴实体设计(图5.1.1)215.1.2 行星轮实体设计(图5.1.2)215.1.3 行星架实体设计(图5.1.3)215.1.4 内齿轮b实体设计(图5.1.4)215.1.5 内齿轮e实体设计(图5.1.5)225.1.6 齿轮联轴器实体设计(图5.1.6)225.1.7 低速轴实体设计(图5.1.7)225.2 传动零件、四杆机构装配225.3 运动仿真及分析235.3.1 设置运动环境235.3.2 进行运动仿真255.3.3 获取分析结果255.3.4 分析运动仿真结果,验证输入/输出值与计算值是否吻合27结语29参考文献30致谢31IV1.绪论1.1 引言随着科学技术的进步,我国传送装置制造行业有了长足的进步。传送装置的成套性,自动化程度,定位精度和整体质量都明显提高,其应用范围正逐步扩大。输送机是在一定线路上连续输送物料的物料搬运机械,又称连续输送机。它可进行水平、倾斜和垂直输送,也可组成空间输送线路,输送线路一般是固定的。输送机输送能力达,运距长,还可在输送过程中同时完成若干工艺操作,所以应用十分广泛。工件步进输送机用于间歇地输送工件,到达预定位置。工件步进输送机一般来说应具有电动机、联轴器、减速器、工作机构、滑架、推爪、辊道和机架等部分,其中减速器是工件步进输送机最关键的传动装置之一。它在传送工件的过程中不仅担负着减速及增加转矩的功能,同时也降低了负载的惯量,是步进式输送机的核心部件之一。1.1.1 输送机的类型及特性介绍一 输送机一般按有无牵引件来进行分类:(1)具有牵引件的输送机一般包括牵引件、承载构件、驱动装置、张紧装置、改向装置和支承件等。牵引件用以传递牵引力,可采用输送带、牵引链或钢丝绳; 承载构件用以承放物料,有料斗、托架或吊具等;驱动装置给输送机以动力,一般由电动机、减速器和制动器(停止器)等组成;张紧装置一般有螺杆式和重锤式两种,可使牵引件保持一定的张力和垂度,以保证输送机正常运转;支承件用以承托牵引件或承载构件,可采用托辊、滚轮等。具有牵引件的输送机的结构特点是:被运送物料装在与牵引件连结在一起的承载构件内,或直接装在牵引件(如输送带)上,牵引件绕过各滚筒或链轮首尾相连,形成包括运送物料的有载分支和不运送物料的无载分支的闭合环路,利用牵引件的连续运动输送物料。这类的输送机种类繁多,主要有带式输送机、板式输送机、小车式输送机、 自动扶梯、自动人行道、刮板输送机、埋刮板输送机、斗式输送机、悬挂输送机和架空索道等。 (2)没有牵引件的输送机的结构组成各不相同, 用来输送物料的工作构件亦不相同。它们的结构特点是:利用工作构件的旋转运动或往复运动,或利用介质在管 道中的流动使物料向前输送。例如,辊子输送机的工作构件为一系列辊子,辊子 作旋转运动以输送物料;螺旋输送机的工作构件为螺旋,螺旋在料槽中作旋转运 动以沿料槽推送物料;振动输送机的工作构件为料槽,料槽作往复运动以输送置 于其中的物料等。二输送机械按使用的用途分可以分为:(1)带式输送机由驱动装置拉紧装置输送带中部构架和托辊组成输送带作为牵引和承载构件,借以连续输送散碎物料或成件品。带式输送机是一种摩擦驱动以连续方式运输物料的机械。应用它,可以将物料在一定的输送线上,从最初的供料点到最终的卸料点间形成一种物料的输送流程。它既可以进行碎散物料的输送,也可以进行成件物品的输送。除进行纯粹的物料输送外,还可以与各工业企业生产流程中的工艺过程的要求相配合,形成有 节奏的流水作业运输线。所以带式输送机广泛应用于现代化的各种工业企业中。 在矿山的井下巷道、矿井地面运输系统、露天采矿场及选矿厂中,广泛应用带式输送机。它用于水平运输或倾斜运输。 (2)螺旋输送机俗称绞龙,适用于颗粒或粉状物料的水平输送,倾斜输送,垂直输送等形式。输送距离根据畸形不同而不同,一般从2米到70米1。 输送原理:旋转的螺旋叶片将物料推移而进行螺旋输送机输送。使物料不与 螺旋输送机叶片一起旋转的力是物料自身重量和螺旋输送机机壳对物料的摩擦阻力。结构特点:螺旋输送机旋转轴上焊有螺旋叶片,叶片的面型根据输送物料的不同有实体面型、带式面型、叶片面型等型式。螺旋输送机的螺旋轴在物料运动 方向的终端有止推轴承以随物料给螺旋的轴向反力,在机长较长时,应加中间吊挂轴承。双螺旋输送机就是有两根分别焊有旋转叶片的旋转轴的螺旋输送机。说白了,就是把两个螺旋输送机有机的结合在一起,组成一台螺旋输送机。 螺旋输送机旋转轴的旋向,决定了物料的输送方向,但一般螺旋输送机在设计时都是按照单项输送来设计旋转叶片的。当反向输送时,会大大降低输送机的 使用寿命。 (3)斗式提升机 利用均匀固接于无端牵引构件上的一系列料斗,竖向提升物料的连续输送机械。斗式提升机具有输送量大,提升高度高,运行平稳可靠,寿命长显著优点,本提升机适于输送粉状,粒状及小块状的无磨琢性及磨琢性小的物料,如:煤、 水泥、石块、砂、粘土、矿石等,由于提升机的牵引机构是环行链条,因此允许输送温度较高的材料(物料温度不超过250)。一般输送高度最高可达40米。1.1.2 工件步进输送机的工作原理步进式工件输送机用于间歇的传送工件,如图1.1所示,电动机通过传动装置、工作机构驱动滑架往复移动。工作行程时,滑架上的推爪推动工件前移一个步长,当滑架返回时,由于推爪与轴间装有扭簧,因此推爪从工件底面滑过,工件保持不动。当滑架再次向前推进是,推爪已复位,并推动新的工件前移,前方推爪也推动前一工位的工件前移。图1.1 工件步进输送机传统输送机通过电动机采用普通减速器多级变速实现,传动装置结构尺寸大。由此可设想设计一套采用行星减速器为传动系的工件步进输送机。1.1.3 输送机的发展趋势(1) 继续向大型化发展。大型化包括大输送能力、大单机长度和大输送倾角等几个方面。水力输送装置的长度已达440公里以上。带式输送机的单机长度已近15公里,并已出现由若干台组成联系甲乙两地的带式输送道。不少国家正在探索长距离、大运量连续输送物料的更完善的输送机结构。(2) 扩大输送机的使用范围。 发展能在高温、低温条件下、有腐蚀性、放射性、易燃性物质的环境中工作的,以及能输送炽热、易爆、易结团、粘性的物料的输送机。(3) 使输送机的构造满足物料搬运系统自动化控制对单机提出的要求。 如邮局 所用的自动分拣包裹的小车式输送机应能满足分拣动作的要求等。(4) 降低能量消耗以节约能源,已成为输送技术领域内科研工作的一个重要方面。已将1吨物料输送1公里所消耗的能量作为输送机选型的重要指标之一。(5) 减少各种输送机在作业时所产生的粉尘、噪声和排放的废气。1.2 研究的目的和意义通过对研究本课题,不仅可以使我对工件输送机总体结构有宏观把握,而且对行星传动减速器有了深入的了解,掌握其工作原理,提高自己对机械设计的了解,在设计的过程中我肯定会遇到大量的问题。如减速器的结构问题,中间的大量的数据计算,不过我会通过查阅资料或询问老师来解决,提高自己解决困难的能力。而且了解其优点,在自己的设计工作中充分地发挥其优点,把其缺点降低到最低的限度,从而设计出性能优良的行星齿轮传动装置。这次毕业设计一定会对我今后的学习工作起到巨大的作用。1.3 国内外研究现状步进式输送机其核心部分之一就是减速器,传统输送机通过电动机采用普通减速器多级变速实现,传动装置结构尺寸大,若采用行星齿轮减速器,则可使输送机结构紧凑,传动效率高。因此对行星减速器的研究是设计步进输送机的关键。行星齿轮传动在我国已有了许多年的发展史,很早就有了应用。然而,自20世纪60年代以来,我国才开始对行星齿轮传动进行了较深入、系统的研究和试制工作。无论是在设计理论方面,还是在试制和应用实践方面,均取得了较大的成就,并获得了许多的研究成果。近20多年来,尤其是我国改革开放以来,随着我国科学技术水平的进步和发展,我国已从世界上许多工业发达国家引进了大量先进的机械设备和技术,经过我国机械科技人员不断积极的吸收和消化,与时俱进,开拓创新地努力奋进,使我国的行星传动技术有了迅速的发展。世界上一些工业发达国家,如日本、德国、英国、美国和俄罗斯等,对行星齿轮传动的应用,生产和研究都十分重视,在结构优化、传动性能,传动功率、转矩和速度等方面均处于领先地位,并出现一些新型的行星传动技术,如封闭行星齿轮传动、行星齿轮变速传动和微型行星齿轮传动等早已在现代化的机械传动设备中获得了成功的应用。1.4 主要研究内容1.4.1 课题任务工件步进输送机用于间歇地输送工件,到达预定位置。传统输送机通过电动机采用普通减速器多级变速实现,传动装置结构尺寸大。 主要任务:设计一套采用行星减速器为传动系的工件步进输送机。 主要参数:工件输送时滑架受到的工作阻力Fr=2800N,滑架宽度为250mm,高度H=8001000mm,步长S=370mm,往复次数N=40/min,行程速比系数K=1.2,四杆机构摆角=45,最小传动角rmin 40,工作机构效率为0.95。1.4.2 课题所要完成的主要工作(1) 完成总体方案设计;(2) 动力传动部分减速器设计;(3) 步进输送机总图设计;(4) 减速器主要零件三维造型;(5) 通过计算机辅助分析软件进行运动仿真分析。2. 步进输送机方案设计2.1 工作机构的设计与分析该步进输送机通过工作机构驱动滑架往复移动,要求工作机构结构简单紧凑,制造方便,成本较低。2.1.1 工作机构型式的选择主要机构确定为曲柄摇杆机构,如图2.1.1所示。其中曲柄1连接的是减速器的输出轴,作整周回转,摇杆3做摆动控制推爪水平运动。该机构的优缺点:运动副都是低副,因此运动副元素都是面接触,压强较小,可承受较大的载荷,有利于润滑,故磨损较小;此外,运动副元素的几何形状都比较简单,便于加工制造;易获得较高的精度,还可以改变各构件的相对长度使从动件得到不同的运动规律。缺点是传递路线较长,易产生较大的误差积累,同时也使机械效率降低,不利于高速运动。图2.1.1 曲柄摇杆机构2.1.2 设计机构的具体尺寸已知行程速比系数K=1.2,则可用图解法求各杆长,如图2.1.2(1)所示。由步长F1F2 =370mm,摆角=45,令CD=0.6DE,由三角形几何关系可求得CD=290mm,DE=483.43mm,EF=0.2DE=96.69mm。又极位夹角=180*(K-1)/(K+1)=180*(1.2-1)/(1.2+1)=16.4在AUTO cad 上用图解法可确定铰链A在三角形C1C2M的外接圆上,再令铰链A与D的垂直高度h=150mm,则A点位置可确定。由此可得曲柄AB=(AC1-AC2)/2=99.65连杆BC=(AC1+AC2)/2=317.31将各杆长度圆整后得:AB=100mm BC=317mm CD=290mm DE=483mm EF=97mm 图2.1.2(1)机构运动简图因铰链A的高度为自己确定,则需验证最小传动角是否满足题意,如图2.1.2(2)所示,在AUTOcad上作图,当A、B、D三点共线时,此机构传动角最小。经验证,DCB=4340,满足要求。曲柄随减速器输出轴作匀速圆周运动,驱动连杆,摇杆以固定铰链为圆心,自由端运动至右极限位置,输送爪将工件送至待加工位置,摇杆再向左运动至左极限位置,成为一个工作循环,机构可在预定时间将工件送至待加工位置。总体来讲,该传动方案满足工作机的性能要求,适应工作条件,工作可靠,此外结构简单,尺寸紧凑,成本低,效率较高。图2.1.2(2)机构运动简图2.1.3 机构的速度分析由往复次数N及步长可求得工件平均速度v0=3702/(60/40)=493.33mm/s由速度矢量图可知摇杆运动到竖直位置时vE=v0=493.33mm/s,则vc=0.6vE=296mm/s又vB=vc+vBC,用图解法作速度矢量图,如图2.1.3所示,得vB=296.43mm/s又vB=rAB 得曲柄AB的转速=2.975rad/s 则减速器输出轴转速n出=/2=0.474r/s=28.42r/min。图2.1.3 速度矢量图2.2 选择电动机2.2.1 选择电动机的类型按工作要求和条件,选用三相笼形异步电动机,封闭式结构,电压380V,Y型。2.2.2 选择电动机的容量电动机所需工作功率 Pd=Pw/总Pw=Fv/1000 则 Pd=Fv/(1000总)= Fv/(12)其中1为工作机构效率0.95,2为减速器效率0.8则Pd=(28000.4933)/(10000.950.8)=1.82Kw查机械设计简明手册表10-8 可选择电动机型号为Y112M-6,额定功率为2.2Kw,转速940r/min电动机主要外形和安装尺寸如图2.2.2所示。图2.2.2 Y112M-6型电动机2.3 传动方案的对比分析及优选2.3.1 选择传动形式由电动机输入轴转速n入=940r/min,n出=28.42r/min则总传动比i=n入/n出=940/28.42=33.03根据此传动比,查机械设计简明手册可选用二级展开式圆柱齿轮减速器,如图2.3.1(1)所示,其传动比范围i=860。图2.3.1(1)二级展开式圆柱齿轮减速器运动简图此外,我们可以查渐开线齿轮行星传动的设计与制造表1-1,选择NGWN型齿轮减速器,其传动简图如图2.3.1(2)所示。其中c、d为行星轮,a、b、e为太阳轮,其传动比范围i=20100.2.3.1(2)3K 行星齿轮减速器传动简图2.3.2两种传动方案对比分析及优选二级圆柱齿轮减速器结构的优缺点:结构简单,高速级齿轮布置在远离转矩输入端,这样轴在转矩作用下产生的扭矩变形和轴在弯矩作用下产生的弯曲变形可部分的互相抵消,以减缓沿齿宽载荷分布不均匀的现象。用于载荷比较平衡的场合。缺点是齿轮相对于轴承的位置不对称,因此要求轴有较大的刚度;此外,高速级一般做成斜齿,低速级可做成直齿,制造安装较复杂。NGWN型行星减速器的优点:结构紧凑,三点对称,受力均衡,传动效率高,具有功率分流和动轴线的运动特性,由于在中心轮的周围均匀分布着数个行星轮来共同分担载荷,故使得每个齿轮所承受的负荷较小,所以可以采用较小的模数,从而缩小了其外廓尺寸,使其结构紧凑。行星齿轮传动运动平稳、抗冲击和振动能力的能力较强,延长了使用寿命,对维护保养的要求也大大降低了。综上所述,行星齿轮传动与普通定轴齿轮传动相比较,具有质量小、体积小、传动比大、承载能力大以及传动平稳和传动效率高等优点,故确定传动形式为3K型行星传动结构。3. 行星齿轮减速器性能参数设计3.1 行星传动的齿数分配确定轮系类型为3K型,由=33.03,取行星轮个数=3。(1)查行星差动传动装置表3-2,选取=72,e=3。(2)分配传动比(3)计算各齿轮齿数(为=3的倍数),(4)验算传动比 (5)检验邻接条件由,查表2-4满足邻接条件。此外,由总传动比i=33.03,查机械设计手册表17.2-9,选择不需要变位的一组,可得各轮齿数za=18,zb=72,zc=27,zd=21,ze=66同样可得相同的结果。3.2 闭式圆柱齿轮传动的设计计算3.2.1 高速级计算按接触强度初算a-c 传动的中心距和模数。输入转矩 T入=9550P/n入=95502.2/940=22.35Nm设载荷不均与系数Kc=2(e轮浮动,查机械设计手册表17.2-17)在一对a-c传动中,小轮(太阳轮)传递的转矩Ta=KcT入/nw=222.35/3=14.9Nm,其中nw=3为行星轮个数。查机械设计手册表17.2-31得接触强度使用的综合系数K=3齿数比u=zc/za=27/18=1.5太阳轮和行星轮材料用20CrMnTi,渗碳淬火,齿面硬度5660HRC查机械设计简明手册图6-12选取Hlim=1300MPa,查图6-13取Flim=400MPa取齿宽系数a=b/a=0.5按机械设计手册表23.2-20中的公式计算中心距模数 mm 取m=2mm。3.2.2 几何尺寸计算按机械设计手册表13-1-16计算。(1) a-c轮传动中心距 分度圆直径 齿顶高 ha=m=2mm齿根高 hf=1.25m=1.252=2.5mm齿顶圆直径 齿根圆直径 齿宽 b= 取b2=25mm b1=30mm(2) c-b轮传动分度圆直径 db=mzb=272=144mm齿顶高 齿根高 hf=(ha*+c*)m=(1+0.25)2=2.5mm齿顶圆直径 da2=d2-2ha2=144-21.79=140.42mm齿根圆直径 df2=d2+2hf=144+22.5=149mm(3)d-e轮传动分度圆直径 齿顶高 ha1=m=2mm 齿根高 hf=(ha*+c*)m=(1+0.25)2=2.5mm齿顶圆直径 da1=d1+2ha=42+22=46mm da2=d2-2ha2=132-21.77=128.46mm齿根圆直径 3.2.3 验算齿根弯曲强度(a-c轮)由查机械设计简明手册表6-23 ,取SF=1.6查机械设计简明手册图6-7得齿形系数 YF1=3.02,YF2=2.66则 故安全。3.2.4 齿轮的圆周速度,可选用8级精度。其余各轮同理。(验证略)3.3 轴的结构尺寸设计及校核3.3.1 高速轴设计(1)选择材料,确定许用应力材料选用45钢,正火处理。查机械设计简明手册表7-1,材料强度极限;对称循环状态下许用应力。(2) 计算基本直径查机械设计简明手册表7-11,C=110,(轴端弯矩较小)由于安装联轴器处有键槽,故轴需加大(45)%。则d13.711.05=14mm,粗估d=20mm。(3)绘制结构简图(图3.4.1)图3.4.1 轴的结构简图(4)确定各轴段直径1段:d1=20mm,估算。2段:d2=18mm,退刀槽21mm。3段:d3=20mm,与深沟球轴承配合。4、8段:d4=18mm,同2段。5段:d5=25mm,轴向定位深沟球轴承。6段:d6=40mm,因小齿轮da2d,故做成齿轮轴。7段:d7=25mm,同5段。9段:d9=20mm,与深沟球轴承配合,同3段。(5)确定轴上各轴段长度1段:l1=70mm,与联轴器TL4相连,长度大于52mm。2、4、8段:l2=2mm,退刀槽宽度。3段:l3=30mm,两个深沟球轴承宽度和套筒长度之和。5段:l5=5mm,轴向定位深沟球轴承。6段:l6=30mm,小齿轮齿宽。7段:l7=35mm,大于内齿轮齿宽。9段:l9=35mm,大于两轴承宽度及套筒长度。总轴长 L=l1+l2+l3+l4+l5+l6+l7=213mm。各轴段直径、长度确定后,即轴的结构尺寸设计完成。是否能用,还需要校核危险截面,最后做结论。主要是据设计的结构尺寸,按弯扭组合强度校核。(6)校核轴的强度a. 输入轴上的扭矩轴的受力分析如图3.4.1(a)所示图3.4.1 轴的校核分析图对齿轮轴,圆周力径向力 垂直面支反力水平面支反力b.求危险截面弯矩,并绘制弯矩图(3.4.1(b)(c)c. 合成弯矩(图3.4.1(d)a-a 截面 d. 做扭矩图(图3.4.1(e)T入=18.5Nm由图可知危险截面在齿轮轴左端面。e. 求当量弯矩取折合系数(脉动扭矩,常启动停车),则f. 强度校核考虑键槽的影响,d=14.1105%=14.8mm=25mm,所以原设计强度足够,安全。3.3.2 行星轮轴结构设计根据渐开线行星齿轮传动的设计与制造一书,按照广泛使用的典型结构设计,行星轮轴承设置在行星架上,行星轮轴直径,可选内孔直径为20mm的滚动轴承。行星轮轴直径为20mm。3.3.3 低速轴结构设计查渐开线行星齿轮传动的设计与制造,低速轴轴伸直径可按公式,查此书表6-11,表6-12可得则可粗估低速轴轴伸直径。3.4 滚动轴承的选择与校核3.4.1 确定轴承型号轴承是标准件,通过轴径d=20mm确定轴承型号为6204深沟球轴承。已知高速轴转速n=940r/min,轴承所受径向载荷=374N,要求使用寿命=29200h,工作温度以下。3.4.2 根据寿命校核对深沟球轴承,由机械设计简明手册式(8-4)知径向基本额定载荷由表8-23查得6204轴承基本额定动载荷=12.8kN,查表8-14得=1,查表8-15得=1.2,对球轴承,=3,将以上有关数据代入上式,可求得P=901.4N故在规定条件下,6204轴承可承受的最大径向载荷为901.4N,远大于轴承实际承受的载荷374N。所选轴承合格。其余轴承校核同理(略)。3.5 减速器其他主要零部件结构设计3.5.1 内齿圈浮动设计双齿轮联轴器将内齿圈与机体连接,是内齿圈浮动,同是连接内齿轮和输出轴(设计成齿轮轴,其模数、齿数、中心距与齿轮联轴器相同,其具体结构见装配图)。内齿圈浮动的主要优点是可使结构轴向尺寸较小,增强均载效果。3.5.2 行星架结构行星架是行星齿轮传动装置中的主要构件之一。本次设计将行星架做成一个整体,即双臂整体式行星架。(见零件图)优点:双臂整体式行星架的刚性好。这种结构如果采用整体锻造则切削加工量很大,因此可用铸造和焊接方法得到结构和尺寸接近成品的毛坯,但应注意消除铸造和焊接缺陷和内应力,否则将影响行星架的刚度和和加工质量,使用时可能产生变形。具体结构尺寸见零件图。减速器箱体及其他零部件结构尺寸可参照标准件或其他一般设计原则进行绘制。4. 工件步进输送机总体设计经分析及查阅相关资料,设计的输送机系统包括机架、六杆机构、滑架、电动机、联轴器及上文设计的行星减速器。行星减速器总体长度、宽度及高度已设计出,容易绘制。电动机型号为Y112-M6已确定,其安装尺寸按照国家标准绘制。联轴器根据电动机轴直径及减速器输入轴直径选用弹性套柱销联轴器TL4,轴孔直径分别为28mm和20mm,为标准件,按照国标绘制。六杆机构各杆长以确定,各杆之间通过销钉连接,连接处应加铜套,EF杆与推爪铰链连接,驱动滑架往复移动,滑架宽250mm。具体结构尺寸可参见步进输送机装配总图。5. 减速器传动零件的三维设计及运动仿真在对步进输送机完成二维图绘制后,我们可以对其传动零件进行三维造型,再与工作机构装配起来进行运动仿真分析。5.1 减速器传动零件实体造型5.1.1 高速轴实体设计(图5.1.1)图5.1.1 齿轮轴 图5.1.2 行星轮根据零件图用Pro/Engineer进行三维实体造型,其中齿轮部分可先在caxa上调用渐开线齿廓曲线,然后在Pro/E里调入并拉伸至齿宽即可。其余各段可用“旋转”特征造型。5.1.2 行星轮实体设计(图5.1.2)设计成双联齿轮,大齿轮为c轮,小齿轮为d轮。5.1.3 行星架实体设计(图5.1.3)图5.1.3 双臂整体式行星架 图5.1.4 内齿轮b5.1.4 内齿轮b实体设计(图5.1.4)内齿轮b与箱体固定在一起,装配时作为机架。5.1.5 内齿轮e实体设计(图5.1.5)图5.1.5 内齿轮e 图5.1.6齿轮联轴器 图5.1.7 低速轴此内齿轮既与行星轮啮合,又通过外齿与齿轮联轴器啮合,外齿模数。齿数与齿轮联轴器相同。5.1.6 齿轮联轴器实体设计(图5.1.6)其实质上为两段内齿轮,内齿圈浮动。5.1.7 低速轴实体设计(图5.1.7)设计成齿轮轴,以便与齿轮联轴器相啮合。另一端与工作机构相连。5.2 传动零件、四杆机构装配装配顺序为:内齿轮b、齿轮轴(高速轴)、行星架、双联齿轮、内齿轮e、齿轮联轴器、齿轮轴(低速轴)、曲柄、连杆、摇杆、与工件铰链连接的杆、机架、滑块。其中内齿轮b和机架均为固定位置约束,滑块与机架采用滑动杆连接,其余均为销钉连接。装配完成后如图5.3所示。图5.3.1传动系与工作机构实体视图可生成爆炸视图(图5.3.2)图5.3.2 传动系爆炸视图5.3 运动仿真及分析5.3.1 设置运动环境在装配模型环境下装配完成后,点击菜单栏“应用程序”后的“机构”,进入机构环境。接下来是三组齿轮副设置。单击齿轮副设置选项,弹出图5.3.1a所示齿轮副对话框。设置运动轴,点击箭头,选择齿轮轴,输入齿轮1节圆直径36mm,再点击齿轮2标签,同样填入参数,选择齿轮轴线,然后单击“应用”,“确定”。图5.3.1a 设置齿轮副这样第一组齿轮副就设置完成了,同样方法可以设置第二组、第三组齿轮副。接着,设置伺服电动机。点击伺服电动机图标,弹出伺服电动机对话框。如图5.3.1b所示。图5.3.1b 设置电动机在“类型”标签中点击运动轴,选择齿轮轴轴线,然后点击“轮廓”标签,如图5.3.1c所示。图5.3.1c 定义伺服电动机在“规范”中选择速度,因为电动机转速为940r/min,即5640,填入后点击确定,则运动环境设置完成。5.3.2 进行运动仿真点击“机构分析”图标,按照默认设置“运动学”分析,设置运动初始位置为摇杆左极限位置,并单击“运行”按钮做动态仿真。5.3.3 获取分析结果点击“测量”图标,如图5.3.3a所示单击“创建新测量”按钮,依次选择输入轴、输出轴为“主体”进行“角速度”测量,点击“分别绘制测量图形”,单击“生成图线”图标可得图5.3.3b所示曲线。图5.3.3a 测量结果分析验证图5.3.3b 输入轴轴伸直径一点运动学图线同理可创建新测量,选定工件上一点,依次创建“位移”“速度”“加速度”生成运动学图线如图5.3.3c所示。图5.3.3c 工件运动学图线5.3.4 分析运动仿真结果,验证输入/输出值与计算值是否吻合由图线可知,输入轴转速n=5640/s=940r/min;输出轴转速n1=170/s=28.42r/min,与计算结果相同。而工件上的速度是变化的,工件往复一次为2.2s,其在0.50.6s之间速度大小为500mm/s左右,与计算得的结果493mm/s接近,在误差允许范围内,可以用中点平均速度来计算。工件的加速度在左右两极限位置时是最大的,中间位置逐渐减小。通过计算机辅助进行运动仿真,从而检查机械的运动是否达到设计的要求,也可直接分析各运动副与构件在某一时刻的位置、运动量及各运动副之间相互运动关系,关键部件的受力情况,从而可以将整机设计中可能存在的问题消除在萌芽状态,并大大缩短机械产品的更新周期。结语在为期四个月的毕业设计过程中,我学到了很多东西,遇到了很多问题,但通过努力,各个击破,我想毕业设计的过程就是不断发现问题与解决问题的过程,毕业设计培养了我们解决问题的能力。本次毕业设计主要是根据现有的设计标准进行仿形设计,严格按照设计标准进行设计计算。从这次毕业设计中,我受益匪浅:(1) 通过运用大学四年所学基础专业课程,综合机械设计方法进行独立设计训练,比以往所做的课程设计难度加大,使所学知识得以巩固。加深和拓展。(2) 学习和掌握了通用机械零件、部件、机械传动及一般机械的基本设计方法和步骤,培养了工程设计能力和分析、解决问题的能力。(3) 各种各样的机械设备一般都要实现生产工艺过程和操作过程的自动化,这就要求进行各种机构的创新设计和常见机构的组合应用,因此机械设计方面的毕业设计对于培养学生对机械运动机构的构思和设计能力起至关重要作用。(4) 提高了计算、绘图、运用设计资料(机械设计手册、图册等)进行经验估算及运用计算机辅助软件进行实体造型、运动仿真的能力。时间过得很快,毕业设计很快就要结束了,它是大学四年所学知识的综合运用,相信以后在工作中也会遇到很多类似问题,但有了毕业设计能力的基础,我们会更好更快的解决实际问题。参考文献1 孙恒, 陈作模. 机械原理M. 北京:高等教育出版社, 2005.2 李书全. 机械工程师手册M. 北京: 机械工业出版社, 2000.3 成大先. 机械设计手册M. 北京:化学工业出版社,20044 陈华良. 施工升降机的设计与分析D. 西华大学, 2007.5 机械设计手册编委会. 机械设计手册M. 北京: 机械工业出版社, 2000.6 运输机械设计与选用手册编辑委员会. 运输机械设计与选用手册M. 北京:化学工业出版社,19997 濮良贵, 纪名刚. 机械设计M. 北京:高等教育出版社, 2006.8 骆素君, 朱诗顺. 机械课程设计简明手册M. 北京:化学工业出版社, 2006.9 张展, 张弘松. 行星差动传动装置M. 北京:机械工业出版社, 2008.10 龚溎义, 罗圣国. 机械设计课程设计指导书M. 北京:高等教育出版社,1990.11 廖念钊, 莫雨松. 互换性与技术测量M. 北京:中国计量出版社, 2007.12 渐开线齿轮行星传动的设计与制造.编委会. 渐开线齿轮行星传动的设计与制造M.北京: 机械工业出版社, 2002.13 陈铁鸣. 新编机械设计课程设计图册M. 北京:高等教育出版社, 2003.14 大连理工大学工程图学研究室. 机械制图M. 北京:高等教育出版社, 2007.15 二代龙震工作室. Pro/Mechanism Wildfire 3.0/4.0 机构/运动分析M. 北京:电子工业出版社, 2008.致谢本文从选题、方案论证到课题的研究都是在导师金权洽教授的全面、悉心指导下完成的。在毕业设计过程中,金老师耐心的传授研究方法和思路,及时给予我指点,使我更容易的解决问题。无论是在设计过程中我取得的成绩还是在我陷入困顿的时候,导师总是给予我最大的支持,并指点迷津,让我得以很快的进步。导师那严谨的治学之道,实干的工作作风,以及实事求是的做人准则,将使我受益终身。在此谨向金权洽导师致以衷心的感谢和崇高的敬意!此外,还要衷心感谢在百忙之中抽出宝贵时间对本文进行审阅的学校领导及专家。对那些我所引用的参考文献的作者表示由衷的谢意。32
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